أنحف كاشف للأشعة السينية تم تصنيعه على الإطلاق من الصفائح النانوية

استخدم العلماء في أستراليا الصفائح النانوية أحادية الكبريتيد القصدير (SnS) لتصنيع أنحف كاشف للأشعة السينية على الإطلاق، مما قد يتيح التصوير في الوقت الفعلي للبيولوجيا الخلوية. كاشفات الأشعة السينية هي أدوات تسمح بالتعرف على الطاقة المنقولة عن طريق الإشعاع بصريًا أو إلكترونيًا، مثل التصوير الطبي أو عدادات جيجر.

لقد أظهر (SnS) بالفعل فرصا واعدة كمادة للاستخدام في الخلايا الكهروضوئية، والترانزستورات ذات التأثير الميداني والحفز حيث أظهر أعضاء مركز التميز في ARC ومقره في جامعة موناش وجامعة RMIT ، أن الصفائح النانوية (SnS) لتكون ذات جودة ممتازة كأجهزة كشف الأشعة السينية اللينة.

يشير البحث، الذي نُشر في مجلة (Advanced Functional Materials)، إلى أن الصفائح النانوية (SnS) تمتلك معاملات امتصاص فتونية عالية، مما يسمح باستخدامها في صنع كاشفات الأشعة السينية فائقة الرقة مع حساسية عالية واستجابة سريعة. ويشير البحث أيضا بأن هذه المادة أكثر حساسية من معدن (هاليد بيروفسكايت)، وتتميز بوقت استجابة أسرع من أجهزة الكشف المعمول بها كما أنها قابلة للضبط للحساسية عبر منطقة الأشعة السينية اللينة.

أجهزة الكشف عن الأشعة السينية (SnS) التي صنعها الفريق أقل من 10 نانومتر علما بأن سمك الورقة يبلغ حوالي 100000 نانومتر، وأن أظافرك تنمو حوالي نانومتر واحد كل ثانية. والجدير بالذكر بأن أنحف كاشفات الأشعة السينية تتراوح ما بين 20 و 50 نانومترًا.

لا يزال هناك عمل كبير لاستكشاف الإمكانات الكاملة لكاشفات الأشعة السينية (SnS)، لكن البروفيسور جاسيك جاسينياك من قسم علوم وهندسة المواد في جامعة موناش، يعتقد أنه من الممكن أن يؤدي هذا في يوم من الأيام إلى التصوير في الوقت الفعلي للعمليات الخلوية. وقال: “إن صفائح النانو (SnS) تستجيب بسرعة كبيرة في غضون أجزاء من الثانية الواحدة”.

يمكنك مسح شيء ما ضوئيًا والحصول على الصورة على الفور تقريبا حيث يحدد وقت الاستشعار دَقَّة الوقت نظرًا للحساسية العالية ودقة الوقت العالية لترى الأشياء في الوقت الفعلي. “قد تكون قادرًا على استخدام هذا لرؤية الخلايا في أثناء تفاعلها لإنها لا تنتج صورة ثابتة فحسب، بل يمكنك رؤية البروتينات والخلايا تتطور وتتحرك لحظيا باستخدام الأشعة السينية.”

لماذا تعد هذه الكواشف الحساسة السريعة في الاستجابة مهمة؟ يمكن تقسيم الأشعة السينية على نطاق واسع إلى نوعين: الأشعة السينية “الصلبة” هي النوع الذي تستخدمه المستشفيات لفحص الجسم بحثًا عن عظام مكسورة وأمراض أخرى و الأشعة السينية “اللينة” الأقل شهرة ولكنها لا تقل أهمية، التي تحتوي على طاقة فوتون أقل ويمكن استخدامها لدراسة البروتينات الرطبة والخلايا الحية، وهي عنصر حاسم في البيولوجيا الخلوية.

يتم إجراء بعض هذه المقاييس في منطقة تسمى “نافذة الماء” وهي منطقة من الطيف الكهرومغناطيسي يكون فيها الماء شفافًا للأشعة السينية اللينة حيث يتم إجراء الكشف الناعم بالأشعة السينية باستخدام السنكروترون، وهو مسرع جسيمات مثل مصادم الهادرون الكبير في سويسرا، ولكن من الصعب تأمين مثل هذا النوع من البنية التحتية الباهظة الثمن. قد تسمح التطورات الحديثة في مصادر الليزر للأشعة السينية اللينة غير السنكروترونية بتصميم أنظمة كشف محمولة منخفضة التكلفة ، مما يوفر بديلاً يمكن الوصول إليه للسينكروترونات للباحثين في جميع أنحاء العالم.

ولكن لكي يعمل هذا النهج، سنحتاج إلى مواد لينة للكشف عن الأشعة السينية شديدة الحساسية للأشعة السينية منخفضة الطاقة، وتوفر دِقَّة مكانية ممتازة، وفعالة من حيث التكلفة.

تستخدم بعض أجهزة الكشف بالأشعة السينية اللينة آلية غير مباشرة، يتم فيها تحويل الإشعاع المؤين إلى فوتونات مرئية. يسمح هذا النهج بدراسة نطاقات الطاقة ومعدلات الإطارات المتعددة، ولكن من الصعوبة تحضيرها ورؤيتها بدقة متناهية بينما طرق الكشف المباشرة أسهل في التحضير وبدقة أفضل، لأن المادة التي تستخدم في الكشف أرق من الطرق غير المباشرة.

تحتاج المواد الجيدة إلى معامل امتصاص عالي للأشعة السينية، الذي يتم حسابه باستخدام العدد الذري للذرات الماصة، وطاقة الأشعة السينية، والكثافة والكتلة الذرية للذرة. تفضل الكتلة الذرية العالية والأشعة السينية منخفضة الطاقة امتصاصًا عاليًا، ويتم امتصاص الأشعة السينية اللينة بقوة أكبر في المواد الرقيقة مقارنة بالأشعة السينية الصلبة.

أظهرت أفلام البلورات النانوية والرقائق المغناطيسية الواعدة لأنواع معينة من أجهزة الكشف بالأشعة السينية اللينة أجهزة الكشف بالأشعة السينية الناعمة، لكنها غير مجهزة جيدًا للتعامل مع منطقة المياه وهو المكان الذي تأتي منه صفائح النانو (SnS).

قال أحد الباحثين الرئيسين، الدكتور ناصر محمود من جامعة RMIT، إن حساسية وكفاءة الصفائح النانوية (SnS) تعتمد بشكل كبير على سمكها وأبعادها الجانبية التي لا يمكن التحكم فيها بواسطة طرق التصنيع التقليدية.

باستخدام طريقة تقشير المعادن السائلة تمكن الباحثون بإنتاج صفائح ذات مساحة كبيرة عالية الجودة بسمك متحكم فيه، التي يمكن أن تكتشف بكفاءة فوتونات الأشعة السينية اللينة في منطقة الماء ويمكن تحسين حساسيتها بشكل أكبر بواسطة عملية تكديس الطبقات الرقيقة للغاية. إنها تمثل تحسينات كبيرة في الحساسية ووقت الاستجابة مقارنةً بأجهزة كشف الأشعة السينية اللينة المباشرة المستخدمة حاليا.

يأمل الباحثون أن تفتح النتائج التي توصلوا إليها آفاقًا جديدة لتطوير الجيل التالي من أجهزة الكشف عن الأشعة السينية شديدة الحساسية والتي تعتمد على مواد فائقة النحافة.

قال الباحث الأول د. بابار شبير من قسم علوم وهندسة المواد في موناش: “لتسويق هذا على المدى الطويل نحتاج إلى اختبار جهاز متعدد البكسل. في الحاضر ليس لدينا نظام التصوير ولكن هذا يزودنا بمنصة معرفية ونموذجا أوليا “.

المصدر: مترجم بتصرف من موقع nano-magazine.كوم