Um nanocompa³sito que absorve os raios X e então, com eficiência quase perfeita, reemite a energia capturada como luz, poderia ajudar a melhorar a imagem médica de alta resolução e a triagem de segurança. A transferaªncia de energia de quase 100 por cento do material pode trazer ganhos de eficiência em dispositivos que va£o desde diodos emissores de luz (LEDs) e cintiladores de imagem de raios-X, atécélulas solares.

Durante um procedimento de imagem médica, os raios X que passam pelo corpo são absorvidos por um material cintilador, que converte os raios X em luz para um sensor do tipo ca¢mera digital capturar. "Atéo momento, os cintiladores de alto desempenho consistem principalmente em cera¢mica que precisa de condições de preparação severas e caras ou materiais de perovskita que tem baixa estabilidade ao ar e a  luz e alta toxicidade", disse Jian-Xin Wang, um pa³s-doutorado no laboratório de Omar Mohammed que liderou o trabalho.

Os materiais cintiladores orga¢nicos, em contraste, tem boa processabilidade e estabilidade, mas baixa resolução de imagem e sensibilidade de detecção devido ao baixo peso ata´mico - e, portanto, absorção limitada de raios-X - de seus a¡tomos componentes.

Mohammed e seus colegas agora melhoraram a captura de raios-X de cintiladores orga¢nicos combinando-os com uma estrutura metal-orga¢nica (MOF), Zr-fcu-BADC-MOF, que incorpora zirca´nio de alto peso ata´mico dentro de estruturas altamente ordenadas.

Quando a camada MOF do nanocompa³sito foi atingida por raios X, excitons - pares excitados de elanãtrons carregados negativamente e buracos carregados positivamente - foram gerados. Esses portadores de energia foram facilmente transferidos do MOF para o croma³foro orga¢nico do TADF, auxiliados pela distância ultracurta entre eles, e a energia foi emitida como luz.

Criticamente para a eficiência geral do nanocompa³sito, o croma³foro TADF emitia luz independentemente da forma do exciton. Os excitons "singletes" resultaram em emissão direta de luz e o croma³foro TADF converteu prontamente os excitons "tripletos" não emissivos no estado singlete emissivo. "O aproveitamento direto de excitons singleto e tripleto dos croma³foros TADF contribuiu muito para sua intensidade de radioluminescaªncia notavelmente aprimorada e sensibilidade aos raios-X", disse Wang.

Devido a  sua transferaªncia de energia quase 100 por cento eficiente dos raios X para a luz, o cintilador nanocompa³sito alcana§ou resolução de imagem abaixo de algumas centenas de micra´metros e um limite de detecção 22 vezes menor do que as doses tipicas de imagens médicas de raios X, acrescenta Wang.

O conceito foi confirmado quando a equipe empregou uma estratanãgia intimamente relacionada, mostrando que o croma³foro TADF também poderia ser combinado com nanofolhas perovskitas para produzir nanocompósitos com excelente desempenho de cintilador de imagem de raios-X . Novamente, a transferaªncia eficiente de energia habilitada pela distância ultracurta entre as camadas e o uso direto do croma³foro TADF de estados excitados de singleto e tripleto foram fundamentais. Nesse caso, o limite de detecção do material foi aumentado ainda mais, chegando a 142 vezes menor do que uma dose ta­pica de imagens médicas de raios-X.

"Nossa estratanãgia de transferaªncia de energia promove cintiladores de imagem de raios-X orga¢nicos de um campo de pesquisa quase morto em uma das aplicações mais interessantes para radiologia e triagem de segurança. Tambanãm se aplica a outras aplicações de conversão de luz, incluindo diodos emissores de luz e células solares, "Mohammed diz. "Estamos planejando melhorar ainda mais o desempenho de nossos cintiladores de imagem de raios-X em grande escala antes de coloca¡-los no mercado."