Oko ćmy usprawni obrazowanie medyczne

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Zafascynowani budową oka złożonego ciem, amerykańscy naukowcy uzyskali nanostruktury wspomagające obrazowanie medyczne. W ten sposób można m.in. zmniejszyć dawkę promieni rentgenowskich, zwiększając jednocześnie rozdzielczość zdjęcia.

Podobnie jak motyle dzienne, ćmy mają oczy zbudowane z omatidiów (zwanych inaczej fasetkami). W ich skład wchodzą przejrzysta rogówka, aparat dioptryczny w postaci stożka krystalicznego oraz aparat receptoryczny. Oczy ciem mają jednak pewną dodatkową właściwość: są silnie antyrefleksyjne. Odbijają bardzo niewiele padającego na nie światła, przez co owad staje się słabiej widzialny dla drapieżników. Wcześniej akademicy próbowali wykorzystać tę cechę podczas projektowania powłok do paneli słonecznych czy powierzchni urządzeń wojskowych. W ramach najnowszych badań zespół prof. Yasha Yi z City University of New York posunął się o krok dalej, biorąc budowę fasetek za wzór dla materiału scyntylacyjnego.

Uderzane przez cząstki, np. fotony promieniowania rentgenowskiego, scyntylatory pochłaniają ich energię, a następnie reemitują w postaci światła. W radiografach stosowano je do konwersji promieni rentgenowskich wychodzących z ciała na sygnały świetlne wyłapywane przez detektor. Jednym ze sposobów na zwiększenie intensywności sygnałów odczytywanych przez czujnik, a więc i rozdzielczości obrazu, mogłoby być podwyższenie dawki promieniowania jonizującego. Ponieważ nie jest to wyjście zdrowe dla pacjentów, Yi odwołał się do budowy oka złożonego ciem. Jego materiał scyntylacyjny jest zbudowany z filmu o grubości zaledwie 500 nanometrów. Tworzą go kryształy oksyortokrzemianu lutetu z domieszką ceru (ang. cerium-doped lutetium oxyorthosilicate, LSO; Lu₂SiO₅:Ce). Na nich znalazły się wzorowane na fasetkach ciem inkrustacje - guzki z azotku krzemu (Si₃N₄). Ich zadanie polega na ekstrahowaniu z filmu jak największej ilości światła. Na wycinku o wymiarach 100x100 μm mieści się od 100.000 do 200.000 takich wypukłości. Na wierzchu powstaje samoorganizująca się warstwa nanocząstek ditlenku krzemu (SiO₂). Dzięki bardziej chropowatym ścianom rośnie zdolność rozpraszania światła, a zatem i wydajność samego scyntylatora.

Podczas eksperymentów laboratoryjnych Yi stwierdził, że wykorzystanie jego prototypu w scyntylatorze mammografu zwiększało intensywność emitowanego światła aż o 175%.