L'imagerie médicale, comme la radiographie ou la tomodensitométrie (CT), peut-être bientôt moins cher et plus sûr, grâce à une découverte récente faite par des chimistes de l'Université nationale de Singapour (NUS).

Le professeur Liu Xiaogang et son équipe du département de chimie de la faculté des sciences de la NUS ont développé de nouveaux nanocristaux de pérovskite aux halogénures de plomb qui sont très sensibles à l'irradiation par rayons X. En incorporant ces nanocristaux dans des imageurs à rayons X à écran plat, l'équipe a développé un nouveau type de détecteur capable de détecter les rayons X à une dose de rayonnement environ 400 fois inférieure à la dose standard utilisée dans les diagnostics médicaux actuels. Ces nanocristaux sont également moins chers que les cristaux inorganiques utilisés dans les machines d'imagerie à rayons X classiques.

"Notre technologie utilise une dose de rayonnement beaucoup plus faible pour fournir des images de plus haute résolution, et il peut également être utilisé pour rapide, imagerie par rayons X en temps réel. Il est très prometteur pour révolutionner la technologie d'imagerie pour les industries médicales et électroniques. Pour les malades, cela signifie un coût inférieur de l'imagerie par rayons X et moins de risque de rayonnement, " a déclaré le professeur Liu.

La percée de l'équipe en matière de recherche est le résultat d'un effort de collaboration avec des chercheurs australiens, Chine, Hong Kong, Italie, Arabie Saoudite, Singapour et les États-Unis. Il a été publié pour la première fois dans l'édition en ligne de La nature le 27 août 2018, et un brevet pour cette nouvelle technologie a été déposé.

Les nanocristaux éclairent la voie pour une meilleure imagerie

La technologie d'imagerie par rayons X a été largement utilisée pour de nombreuses applications depuis les années 1890. Parmi ses nombreuses utilisations figurent le diagnostic médical, la sécurité intérieure, défense nationale, fabrication avancée, technologie nucléaire, et la surveillance de l'environnement.

Une partie cruciale de la technologie d'imagerie par rayons X est la scintillation, qui est la conversion de photons de rayons X de haute énergie en luminescence visible. La plupart des matériaux de scintillateur utilisés dans les dispositifs d'imagerie conventionnels comprennent des cristaux inorganiques coûteux et volumineux qui ont une faible efficacité de conversion d'émission lumineuse. D'où, ils auront besoin d'une dose élevée de rayons X pour une imagerie efficace. Les scintillateurs conventionnels sont également généralement produits en utilisant une méthode de croissance solide à haute température, rendant difficile la fabrication de fines épaisseurs, films scintillateurs larges et uniformes.

Pour surmonter les limitations des matériaux scintillateurs actuels, Le professeur Liu et son équipe ont développé de nouveaux nanocristaux de pérovskite aux halogénures de plomb en tant que matériau de scintillateur alternatif. De leurs expériences, l'équipe a découvert que leurs nanocristaux peuvent détecter de petites doses de photons de rayons X et les convertir en lumière visible. Ils peuvent également être réglés pour s'allumer, ou scintiller, en différentes couleurs en réponse aux rayons X qu'ils absorbent. Avec ces propriétés, ces nanocristaux pourraient obtenir une imagerie aux rayons X à plus haute résolution avec une exposition aux rayonnements plus faible.

Pour tester l'application des nanocristaux de pérovskite aux halogénures de plomb dans la technologie d'imagerie par rayons X, l'équipe a remplacé les scintillateurs des imageurs à rayons X à écran plat du commerce par leurs nanocristaux.

"Nos expériences ont montré qu'en utilisant cette approche, Les images radiographiques peuvent être enregistrées directement à l'aide de appareils photo numériques largement disponibles, ou même en utilisant les caméras des téléphones portables. Ceci n'était pas réalisable en utilisant des scintillateurs volumineux conventionnels. En outre, nous avons également démontré que les scintillateurs à nanocristaux peuvent être utilisés pour examiner les structures internes des cartes électroniques. Cela offre une alternative moins chère et très sensible à la technologie actuelle, " a expliqué le Dr Chen Qiushui, chercheur au département de chimie de la NUS et premier auteur de l'étude.

L'utilisation de nanocristaux comme matériaux de scintillateur pourrait également réduire le coût de l'imagerie aux rayons X, car ces nanocristaux peuvent être produits en utilisant des méthodes plus simples, procédés moins coûteux et à une température relativement basse.

Le professeur Liu a expliqué, « Notre création de scintillateurs à nanocristaux pérovskites a des implications importantes pour de nombreux domaines de recherche et ouvre la porte à de nouvelles applications. Nous espérons que cette nouvelle classe de scintillateurs à rayons X haute performance pourra mieux répondre aux besoins de plus en plus diversifiés de demain.

Prochaines étapes et opportunités de commercialisation

Pour valider les performances de leur invention, les scientifiques du NUS testeront leurs capacités des nanocristaux plus longtemps, et à différentes températures et niveaux d'humidité. L'équipe cherche également à collaborer avec des partenaires de l'industrie pour commercialiser leur nouvelle technique d'imagerie.