Hai nghiên cứu đột phá

• Nghiên cứu thứ nhất (đăng trên Small): phát triển vật liệu mới có khả năng tạo tín hiệu điện trực tiếp khi tiếp xúc với tia X, cho phép chế tạo máy dò tia X trực tiếp.
• Nghiên cứu thứ hai (đăng trên Angewandte Chemie): sử dụng vật liệu liên quan để tạo scintillator giá rẻ – loại vật liệu phát sáng khi tiếp xúc với tia X hoặc bức xạ năng lượng cao.

Theo Giáo sư Ma: “Chúng ta vốn phụ thuộc vào vật liệu vô cơ cho việc phát hiện tia X, nhưng chúng thường cứng nhắc, tốn kém và nhiều hạn chế. Nhóm chúng tôi đang phát triển một thế hệ vật liệu mới để giải quyết những thách thức đó.”

Máy dò tia X từ vật liệu OMHC

• Vật liệu mới gọi là OMHCs (hợp chất hữu cơ – halide kim loại), kết hợp phân tử hữu cơ dẫn điện với halide kim loại.
• Nhóm nghiên cứu tạo ra hợp chất từ kẽm, brom và phân tử hữu cơ, cho phép hấp thụ tia X hiệu quả và vận chuyển electron trong cùng một vật liệu.
• Bằng phương pháp nấu chảy – tạo thủy tinh, họ biến tinh thể thành dạng vô định hình giống thủy tinh, dễ tạo hình và chế tạo thiết bị.

Kết quả: Máy dò OMHC cho tín hiệu điện mạnh ngay cả ở mức tia X thấp, duy trì 98% hiệu suất sau 4 tháng lưu trữ. Vật liệu này rẻ hơn, không độc hại và dễ sản xuất hơn so với CdTe hay CdZnTe truyền thống.

Scintillator OMHH: nhanh, sáng và linh hoạt

• Vật liệu OMHHs (lai hữu cơ – halide kim loại) được thiết kế để phát sáng nhanh trong vài nanosecond khi tiếp xúc tia X.
• Khác với thế hệ trước, ánh sáng phát ra từ thành phần hữu cơ giúp phản ứng nhanh hơn, đồng thời vẫn duy trì khả năng hấp thụ tia X và độ sáng cao.
• Vật liệu vô định hình dễ phủ thành màng mỏng, thậm chí tích hợp lên vải, tạo ra scintillator trên quần áo – mở ra khả năng thiết bị phát hiện tia X mặc được.

Hai nghiên cứu tuy khác hướng nhưng đều dựa trên chiến lược thiết kế vật liệu lai hữu cơ – vô cơ, giải quyết những hạn chế lớn của công nghệ hiện tại. FSU đã bắt đầu đăng ký bằng sáng chế và hợp tác với nhiều đối tác quốc tế như TU Delft, Đại học Antwerp, Đại học Buffalo và công ty Qrona Technologies để ứng dụng vào:

• Chụp cắt lớp photon-counting,
• Liều kế phát quang cho xạ trị,
• Máy dò tia X dạng pixel,
• Công nghệ hiển vi tia X.

Các vật liệu mới này hứa hẹn mang lại giải pháp linh hoạt, chi phí thấp và bền vững cho y tế, an ninh, an toàn hạt nhân và nhiều lĩnh vực khác.