Keramische Partikel

Digitale Röntgenplatten „aus der Sprühdose“

igitale Röntgensysteme sind aus der Gesundheitsversorgung nicht mehr wegzudenken. Der frühere Röntgenfilm wird darin durch einen sogenannten Röntgendetektor ersetzt. Heutige Detektoren sind teuer, empfindlich und in der Auflösung begrenzt. Nun ist es Wissenschaftlern im Kooperationsprojekt HOP-X gelungen, neue Materialien für Detektoren zu entwickeln: Sie betteten dazu Keramik-Partikel in einen leitfähigen Kunststoff ein. Die Bestandteile dieses „Komposit-Detektors“ lassen sich in Lösungsmittel einrühren und dann wie ein Lack durch Sprühen auftragen. Damit können zukünftig Röntgendetektoren kostengünstig im großen Maßstab und mit hoher Bildauflösung hergestellt werden.

Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt die Verteilung der keramischen...
Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt die Verteilung der keramischen Partikel im Kunststoff in den gesprühten Röntgendetektoren. Durch diese neuen Materialien werden Röntgenbilder zukünftig schärfer.
Quelle: INM

Röntgendetektoren bestehen aus einer Szintillatorschicht und einer Photodiode. Die Szintillatorschicht wandelt Röntgenstrahlung in sichtbares Licht um, welches die Photodiode aufnimmt. Solche Detektoren sind schwer herzustellen und teuer. Ihre Auflösung ist begrenzt, weil sich die aufgefangenen Signale gegenseitig stören können. Um Röntgendetektoren kostengünstiger herzustellen, beschritten Wissenschaftler der Siemens Healthcare GmbH, des INM –Leibniz-Institut für Neue Materialien, der Universitäten Erlangen und Hamburg und weiterer Partner im Projekt HOP-X einen neuen Weg: Sie verwendeten Materialien, die für flexible Solarzellen entwickelt wurden und passten sie auf Röntgenstrahlung an.

Die Wissenschaftler am INM stellten dazu keramische Partikel her, die im Röntgenlicht aufleuchten. Diese betteten sie in einen leitfähigen Kunststoff ein. Er wandelt das Licht in elektrischen Strom um, der vom Röntgengerät registriert wird. Die Forscher untersuchten außerdem die Strukturen, die aus Partikeln und Kunststoff gebildet werden. „Wir untersuchten die Proben mit elektronenmikroskopischen Verfahren anhand dünner Schichten, die wir mit Ionenstrahlen aus dem Komposit schnitten“, sagt Tobias Kraus, Leiter des Programmbereichs Strukturbildung am INM. „Mithilfe dieser Analytik konnten wir zeigen, wie sich die Partikel und der Kunststoff bei verschiedenen Mischverhältnissen anordnen. Dadurch war es unseren Projektpartnern möglich, die Mischverhältnisse für die empfindlichsten Röntgendetektoren abzuleiten.“ Dann seien scharfe Röntgenbilder auch bei geringer Strahlungsdosis möglich.

Die Ergebnisse zeigen, dass Röntgendetektoren aus diesen neuen Materialien die strengen Anforderungen der Medizintechnik erfüllen können. Derzeit arbeiten die Forscher an Prozesstechniken, um größere Detektoren herzustellen.

Hintergrund:
Neben dem INM waren am Projekt HOP-X die Siemens Healthcare GmbH, die Merck KgaA, sowie die CAN GmbH beteiligt. Das im Herbt 2015 beendete, dreijährige Verbundprojekt HOP-X wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 1,86 Millionen Euro unterstützt.

Originalpublikation:
Patric Büchele, Moses Richter, Sandro F. Tedde, Gebhard J. Matt, Genesis N. Ankah, Rene Fischer, Markus Biele, Wilhelm Metzger, Samuele Lilliu, Oier Bikondoa, J. Emyr Macdonald, Christoph J. Brabec, Tobias Kraus, Uli Lemmer, Oliver Schmidt: „X-ray imaging with scintillator-sensitized hybrid organic photodetectors“; nature photonics, DOI: 10.1038/nphoton.2015.216


Quelle: INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien

11.11.2015

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