La détection par rayons X est d’une grande importance dans diverses applications, telles que la détection des rayonnements, le diagnostic médical et l’inspection de sécurité. Un moyen populaire pour réaliser la détection des rayons X consiste à intégrer un photodétecteur avec un matériau luminescent appelé scintillateur, qui émet de l’énergie sous forme de lumière. Les scintillateurs peuvent convertir les photons X à haute énergie en luminescence visible à basse énergie.
Actuellement, les scintillateurs à rayons X utilisent couramment des matériaux inorganiques ou des complexes de métaux lourds. Ces scintillateurs fonctionnent bien mais présentent plusieurs inconvénients intrinsèques, notamment la toxicité, des conditions de préparation difficiles et le coût élevé des ressources en métaux rares. Développer de nouvelles conceptions de scintillateurs à rayons X efficaces et sans métal est un défi, mais il est largement reconnu que les scintillateurs organiques purs offrent des avantages distincts par rapport aux inorganiques : ils sont peu coûteux, flexibles et faciles à préparer. Pourtant, les progrès récents en matière de radioluminescence efficace se sont principalement concentrés sur les petites molécules, ou monomères, qui sont inévitablement associées à des problèmes de processabilité et de répétabilité.
Des chercheurs de l’Université des postes et télécommunications de Nanjing (NUPT, Chine) ont récemment signalé une stratégie efficace pour préparer des scintillateurs polymères radioluminescents qui présentent plusieurs couleurs d’émission. Les polymères organiques varient en couleur d’émission du bleu au jaune, avec une luminosité élevée à l’état amorphe. Leur brillance est due à la copolymérisation radicalaire de l’acide polyacrylique chargé négativement et de différents sels de phosphonium quaternaire chargés positivement. L’un des polymères obtenus (P2) présente une photostabilité élevée sous une forte dose d’irradiation aux rayons X (27,35 Gy) et a une limite de détection de 149 nGy s–1, une performance supérieure à celle des scintillateurs conventionnels à base d’anthracène.
Comme rapporté dans Photonique avancée, les chercheurs ont utilisé avec succès les scintillateurs polymères organiques pour la radiographie aux rayons X. Tout d’abord, ils ont fabriqué un écran scintillateur transparent, qui a été réalisé par simple coulée en goutte de ces matériaux polymères sur la plaque de quartz, en raison de leur excellente aptitude au traitement. Ensuite, les chercheurs ont réalisé une imagerie par rayons X de l’écran scintillateur à travers une plaque de modèle de test de rayons X standard pour mesurer la résolution maximale possible pour la radiographie à l’aide de cet écran scintillateur. Ils ont obtenu une résolution maximale de 8,7 paires de lignes (lp) mm-1 à une valeur MTF de 0,2. Ces résultats démontrent l’excellent potentiel des polymères organiques comme écrans scintillateurs pour l’imagerie par rayons X de haute qualité.
Les scintillateurs polymères organiques excitent la communauté des rayons X. Crédit : Wei et al., doi 10.1117/1.AP.4.3.035002
Selon l’auteur correspondant Qiang Zhao, professeur au NUPT Institute of Advanced Materials and State Key Laboratory of Organic Electronics and Information Displays, « Cette approche générale et directe pour la conception de scintillateurs polymères amorphes sans métal avec radioluminescence multicolore pour les rayons X à haute résolution l’imagerie est une étape importante signifiant le début d’une nouvelle voie de recherche pour les matériaux polymères radioluminescents flexibles à faible coût. Nous prévoyons que la stratégie de conception sera largement adoptée par les communautés de la science des matériaux, de la photonique, de l’optoélectronique et de la bioimagerie.
Juan Wei et al, Polymères phosphorescents organiques à température ambiante pour une scintillation et une imagerie efficaces des rayons X, Photonique avancée (2022). DOI : 10.1117/1.AP.4.3.035002
Fourni par SPIE – Société internationale d’optique et de photonique