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In un recente articolo pubblicato su ACS Energy Letters è stato descritto un nuovo materiale “tipo vetro” che trasforma i raggi X in luce visibile e permette radiografie molto più nitide e anche su superfici curve, con l’obiettivo di migliorare l’imaging medico a basse dosi e le ispezioni industriali di precisione .
Per fare una radiografia digitale spesso serve uno scintillatore: una “pellicola” che assorbe i raggi X e li riemette come luce, così una fotocamera/sensore può registrare l’immagine. I materiali moderni “a bassa temperatura” (facili da produrre e potenzialmente economici) di solito obbligano a scegliere tra:
• immagine molto nitida (alta risoluzione),
• immagine luminosa (alta efficienza),
• stabilità nel tempo (non si rovina con aria, umidità, ecc.).
Spesso migliorare uno di questi aspetti peggiora gli altri.
Gli autori usano minuscoli “mattoncini” molecolari a base di rame e iodio (nanocluster Cu–I) e li trasformano in un materiale amorfo, cioè senza grani/cristalli, simile a un vetro. Questo riduce un problema tipico degli scintillatori: la diffusione della luce all’interno (scattering), che “sfoca” l’immagine. Con questo lavoro si dimostra che questi nanocluster possono formare vetri robusti ottenuti con un processo tipo “fondere e raffreddare rapidamente” (melt quench).
Normalmente, si pensa che se un materiale è bravo a “brillare” quando lo illumini con UV (fotoluminescenza), allora sarà bravo anche come scintillatore sotto raggi X. Qui invece gli autori hanno riscontrato una cosa particolare: la luce emessa sotto raggi X non dipende molto da quanto è buona la fotoluminescenza.
Ipotesi:
• i raggi X vengono assorbiti soprattutto dagli atomi “pesanti” (qui rame e iodio) nel “cuore” del nanocluster;
• l’energia arriva direttamente al cuore del cluster e genera emissione in modo poco influenzato dalla parte organica esterna (i “rivestimenti” chiamati ligandi) .
In pratica: con i raggi X, il materiale usa una “corsia preferenziale” interna al cluster, diversa da quella che si attiva con la luce UV così da ottenere:

• Risoluzione altissima: arrivano a distinguere dettagli sotto i 3 micrometri (cioè più piccoli di molti batteri), riportata come 203 line pairs/mm per uno schermo molto sottile .
• Molto efficiente: luce emessa stimata circa 64.500 fotoni/MeV.
• Sensibile a basse dosi: dose minima rilevabile circa 43 nGy/s (criterio SNR=3), quindi adatta in prospettiva a imaging a bassa dose.
• Stabile: funziona bene anche in condizioni difficili, inclusa l’esposizione all’acqua (dimostrano imaging “sott’acqua”).
Un limite dei sistemi classici è che lo scintillatore è una lastra piatta: se l’oggetto è curvo o tridimensionale, l’immagine può risultare distorta o perdere dettaglio ai bordi. Qui, invece, il materiale può essere modellato (come un foglio che prende la forma dell’oggetto) creando scintillatori curvi e autoportanti. Nei test, quelli conformabili risultano più accurati dei piani nel riprodurre forme non planari.
Questo lavoro propone i “vetri di nanocluster” Cu–I come scintillatori potenzialmente commercializzabili perché uniscono tre caratteristiche rare insieme: immagini molto nitide, buona efficienza e robustezza, e in più aprono la strada a radiografie/CT con schermi curvi per oggetti complessi e (in prospettiva) per imaging medico più preciso a dose ridotta

L’articolo originale è rintracciabile al link “https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.6c00958”