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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado un centelleador fino transmisivo con nanocristales de perovskita diseñado para rastrear y contar en tiempo real protones individuales. La sensibilidad excepcional se atribuye a la emisión de radiación biexcitónica generada por la conversión ascendente inducida por protones y la ionización por colisión.
La detección de partículas energéticas desempeña un papel importante en el avance de la ciencia y la tecnología en diversos campos, desde la física fundamental hasta la tecnología cuántica, la exploración espacial y la terapia del cáncer con protones. La creciente necesidad de un control preciso de la dosis en la terapia de protones ha impulsado una extensa investigación sobre los detectores de protones. Un enfoque prometedor para permitir el recuento de protones durante la radioterapia es desarrollar potentes detectores de película delgada que sean permeables a los protones.
A pesar de los avances en detectores de protones basados en silicio, deposición química de vapor, diamantes y otros tipos de detectores de protones en los últimos años, un desafío fundamental sigue sin resolver: lograr la irradiación de protones en tiempo real con precisión de conteo de un solo protón. En la detección de un solo protón, la señal detectable está fundamentalmente limitada por el espesor del detector. Por lo tanto, es necesario fabricar un detector permeable a protones con un espesor ultrafino manteniendo al mismo tiempo la sensibilidad para la detección de un solo protón.
Los detectores de partículas existentes, como las cámaras de ionización, los detectores de silicio y los centelleadores de monocristal, son demasiado voluminosos para permitir la transmisión de protones. Además, debido a su baja densidad electrónica, los centelleadores fabricados con plásticos orgánicos presentan bajos rendimientos de centelleo y bajas tolerancias a la radiación de partículas, lo que afecta a su sensibilidad a la hora de detectar protones individuales.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor LIU Xiaogang del Departamento de Química de la NUS y el profesor asociado Andrew BETTIOL del Departamento de Física de la NUS demostró la detección y el recuento en tiempo real de protones individuales utilizando centelleadores de película fina transparentes de CsPbBr.3 Nanocristales. Este enfoque ofrece una sensibilidad sin precedentes con una salida de luz aproximadamente el doble que la de los centelleadores de película delgada de plástico BC-400 disponibles comercialmente y diez veces mayor que la de los centelleadores a granel convencionales como los cristales LYSO:Ce, BGO y YAG:Ce.
![Luminiscencia inducida por haz de protones (ionoluminiscencia) en un centelleador de transmisión delgado hecho de nanocristales de CsPbBr3](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64562_1.jpg)
Sus resultados fueron publicados en la revista. Materiales naturales (“Recuento de un solo protón en tiempo real con centelleadores transmisivos de nanocristales de perovskita”).
Los centelleadores de nanocristales de película delgada, de aproximadamente 5 µm de espesor, exhiben una alta sensibilidad, lo que permite un límite de detección de 7 protones por segundo. Esta sensibilidad es aproximadamente cinco órdenes de magnitud menor que las tasas de recuento clínicamente relevantes, lo que representa un avance significativo en la tecnología de detección de un solo protón.
El equipo de investigación ha propuesto y apoyado una nueva teoría sobre los mecanismos de centelleo inducidos por protones en CsPbBr3 Nanocristales. Confirmaron que el centelleo inducido por protones surge principalmente de la ocupación del estado biexcitónico en CsPbBr.3 Nanocristales facilitados por el proceso de conversión ascendente inducida por protones e ionización por impacto. Este hallazgo representa una contribución significativa a la comprensión del centelleo de protones en nanocristales de perovskita.
Al explotar la mayor sensibilidad junto con la rápida respuesta (~336 ps) a los haces de protones y la pronunciada estabilidad iónica (hasta una fluencia de 1014 protones por cm2), los investigadores demostraron aplicaciones adicionales de CsPbBr.3 Centelleadores de nanocristales. Estos incluyen el seguimiento de un solo protón, la irradiación estructurada en tiempo real y la obtención de imágenes de protones de alta resolución. En particular, su estudio demostró una resolución espacial inferior a 40 nm para imágenes de protones; Esto es prometedor para el desarrollo futuro de diversas áreas, como la caracterización de materiales, la obtención de imágenes médicas y la investigación científica.
El profesor Liu dijo: «El avance presentado en este trabajo sería de gran interés para las comunidades en el campo de la detección de radiación de partículas, ya que proporcionaría conocimientos fundamentales sobre nuevos mecanismos de centelleo de protones y avances técnicos en la sensibilidad revolucionaria de la detección de un solo ion utilizando centelleadores ultrafinos permeables a protones». En particular, este CsPbBr3 Los centelleadores de nanocristales son muy prometedores para el avance de la tecnología de detección en terapia de protones y radiografía de protones”.
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