به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تقاضای رو به رشد برای کاربردهای تصویربرداری اشعه ایکس، الزامات متنوع و سختگیرانه‌ای را بر آشکارسازهای پرتو ایکس پیشرفته تحمیل می‌کند. در‌این‌میان، انعطاف پذیری به عنوان قابل انتظارترین مشخصه برای نسل بعدی آشکارسازهای اشعه ایکس برجسته می‌شود. آشکارسازهای اشعه ایکس انعطاف‌پذیر می‌توانند از نظر فضایی با سطوح غیر‌مسطح مطابقت داشته باشند، وضوح تصویربرداری را به طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشند، دوز قرار گرفتن در معرض اشعه‌ ایکس را کاهش می‌دهند و فرصت‌های کاربردی طولانی‌تری را فراهم می‌کنند که به سختی توسط آشکارسازهای صفحه تخت معمولی قابل دستیابی هستند. در طول سال‌های گذشته، آشکارسازهای اشعه ایکس قابل انعطاف با تبدیل غیرمستقیم و مستقیم دستاوردهای شگفت انگیزی داشته‌اند. به‌طور‌خاص، فناوری‌های مهندسی در مقیاس میکرو و نانومقیاس نقش اساسی در تعریف خواص نوری، الکتریکی و مکانیکی آشکارسازهای اشعه ایکس انعطاف‌پذیر دارند. در زمینه پزشکی و تشخیص‌های رادیولوژیکی، سنسورهای آشکارسازی پرتوهای ایکس نقش بسیار مهمی دارند. روزانه هزاران نفر در سراسر دنیا به سرطان مبتلا می شوند و 50 درصد از این افراد با رادیوتراپی درمان می شوند. عوارض جانبی درمان سرطان، از جمله پرتو، می تواند ناتوان کننده باشد. بنابراین، نیاز به ایمن و بی‌ضرر شدن این پرتوها امری ضروری است. این سنسورها در تصویربرداری پزشکی مانند سی‌تی‌اسکن (CT Scan) و تصویربرداری اشعه ایکس، برای تشخیص بیماری‌ها و اختلالات به کار می‌روند. اما با پیشرفت‌های جدید در علم مواد، سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر برای آشکارسازی پرتوهای ایکس، به عنوان گزینه‌ای نوین در این زمینه مطرح شده‌اند. این سنسورها می‌توانند ویژگی‌هایی چون حساسیت بالا و انعطاف‌پذیری را به آشکارسازی پرتوهای ایکس اضافه کنند، که در نهایت موجب بهبود دقت تشخیص و راحتی بیماران می‌شود. مقاله‌ای که توسط محققان در سال 2024 منتشر شده، به بررسی چالش‌های موجود در استفاده از مواد پلیمری مانند PET برای ساخت این سنسورها و همچنین راه‌حل‌های جدید برای بهبود این فناوری می‌پردازد. همچنین چالش‌های موجود را که مانع توسعه آشکارسازهای اشعه ایکس انعطاف‌پذیر می‌شوند و همچنین فرصت‌های تحقیقاتی آینده‌نگر برای کاهش این مسائل در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

چالش‌های استفاده از زیرلایه‌های PET در سنسورهای پرتو ایکس

پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) یکی از مواد رایج در تولید سنسورهای آشکارساز پرتو ایکس است. این ماده به‌ویژه به دلیل ویژگی‌های انعطاف‌پذیر خود، به عنوان زیرلایه‌ای مناسب برای ساخت سنسورهای انعطاف‌پذیر در نظر گرفته می‌شود. با‌این‌حال، استفاده از PET در سنسورهای آشکارسازی پرتو ایکس مشکلاتی را به‌وجود می‌آورد. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، تولید بارهای الکترواستاتیکی در اثر تابش پرتو ایکس است. این بارهای الکترواستاتیکی می‌توانند باعث ایجاد خطا در سیگنال‌های دریافتی و تغییر در قطبیت آن‌ها شوند. این موضوع منجر به کاهش دقت سنسور در تشخیص و آشکارسازی دقیق پرتوهای ایکس می‌شود. در تحقیق انجام شده توسط این تیم تحقیقاتی، این مشکل به‌طور دقیق بررسی شده است و نشان داده شده که استفاده از PET باعث کاهش دقت در تفکیک پرتوها و ایجاد خطاهایی در تصویرهای حاصل از پرتو ایکس می‌شود. در‌این‌مطالعه، سنسورهایی که با استفاده از PET ساخته شده بودند، حساسیت پایین‌تری داشتند و تصاویر با وضوح کمتری ثبت می‌شدند. این مشکلات در نهایت به کاهش کیفیت تصویربرداری و تشخیص‌های پزشکی منجر می‌شوند.

راهکارها و نوآوری‌ها: استفاده از Kapton به جای PET

محققان به‌منظور رفع مشکلات استفاده از PET در سنسورهای پرتو ایکس، به دنبال جایگزینی مناسب‌تر برای این ماده بودند. در نتیجه، استفاده از زیرلایهKapton ، که یک پلاستیک مقاوم و با ویژگی‌های فیزیکی بهتری است، پیشنهاد شد. Kapton  به دلیل مقاومت بالا در برابر تابش، دما و همچنین خاصیت الکتریکی مناسب، گزینه‌ای عالی برای ساخت سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر به شمار می‌رود. این تغییر در زیرلایه باعث بهبود عملکرد سنسور در برابر پرتو ایکس و افزایش دقت در تفکیک پرتوها می‌شود. بر‌اساس یافته‌های تحقیق انجام شده، سنسورهای ساخته شده بر پایه Kapton، نسبت به سنسورهای PET عملکرد بهتری در شبیه‌سازی تابش پرتو ایکس داشتند. این سنسورها توانستند تصاویر دقیق‌تری با وضوح بالا و بدون ایجاد خطاهای ناشی از تغییر قطبیت سیگنال‌ها ثبت کنند. علاوه‌بر‌این، سنسورهای Kapton توانستند در طیف وسیع‌تری از انرژی پرتو ایکس، حساسیت بالاتری از خود نشان دهند.

مزایای سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر

سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر به دلیل ویژگی‌های منحصر به‌فرد خود، مزایای زیادی نسبت به سنسورهای سنتی دارند. یکی از بزرگ‌ترین مزایای این سنسورها، انعطاف‌پذیری آنها است که به آن‌ها اجازه می‌دهد به راحتی به فرم‌های مختلف و همچنین سطوح منحنی بدن بیمار تطبیق پیدا کنند. این ویژگی در تصویربرداری‌های پزشکی، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به تطبیق دقیق دستگاه‌ها با ساختارهای بدن دارند، بسیار مهم است. علاوه‌بر‌این، سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر می‌توانند با استفاده از مواد آلی و غیرسمی تولید شوند که به‌طور مستقیم بر سلامت محیط‌زیست و کارکنان تأثیر مثبت می‌گذارد. این سنسورها، برخلاف برخی از سنسورهای سنتی که از فلزات سنگین مانند سرب استفاده می‌کنند، می‌توانند به‌طور ایمن‌تر در محیط‌های پزشکی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

پیشرفت‌های دیگر در تکنولوژی سنسورهای پرتو ایکس

در کنار این تحقیق که اخیرا توسط دانشمندان انجام شد، تحقیقات دیگری نیز در زمینه سنسورهای پرتو ایکس در حال انجام است که می‌تواند به پیشرفت‌های بیشتر در این زمینه منجر شود. به‌عنوان مثال، پژوهش‌های دیگری که توسط گروهی از محققان انجام شد، سنسورهای آلی-فلزی بدون سرب را معرفی کردند که به‌طور خاص برای آشکارسازی پرتوهای ایکس طراحی شده‌اند. این سنسورها علاوه‌بر حساسیت بالا، ویژگی‌های زیست‌محیطی بهتری دارند و می‌توانند در تصویربرداری‌های پزشکی و غیرمخرب کاربردهای گسترده‌ای پیدا کنند. در‌همین‌راستا، تلاش‌ها برای بهبود عملکرد سنسورها از طریق استفاده از مواد نیمه‌رسانای جدید، به‌ویژه مواد آلی و ترکیب‌های آلی-فلزی، در حال افزایش است. این مواد نه تنها حساسیت بالا و دقت بیشتری به سنسورها می‌دهند، بلکه می‌توانند در محدوده‌های انرژی مختلف پرتو ایکس، از جمله انرژی‌های پایین و متوسط، به‌خوبی عمل کنند.

نتیجه‌گیری

پیشرفت‌های اخیر در زمینه سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر برای آشکارسازی پرتوهای ایکس، نویدبخش آینده‌ای روشن در تصویربرداری پزشکی و تشخیص‌های رادیولوژیکی هستند. با حل مشکلات موجود در استفاده از زیرلایه‌های PET و جایگزینی آن با مواد مناسب‌تر مانند  Kapton، می‌توان به دقت و حساسیت بالاتری در تصویربرداری‌های پزشکی دست یافت. این سنسورها نه تنها می‌توانند کیفیت تصاویر را بهبود دهند، بلکه به دلیل انعطاف‌پذیری و ویژگی‌های محیط‌زیستی مناسب، می‌توانند به گزینه‌ای ایمن‌تر و مؤثرتر در پزشکی مدرن تبدیل شوند. علاوه‌بر‌این، با توجه به تحقیقات جاری و پیشرفت‌های روزافزون در این زمینه، انتظار می‌رود که سنسورهای آلی انعطاف‌پذیر در آینده‌ای نزدیک به استانداردی در تصویربرداری‌های پزشکی و درمان‌های تابشی تبدیل شوند.

پایان مطلب./