O efekcie Purcella, zwiększaniu wydajności scyntylacji i szansach na obniżenie kosztów takich badań medycznych jak tomografia PET opowiada dr Michał Makowski z Grupy Badawczej Materiałów dla Fotoniki, pierwszy autor artykułu „Scaling Up Purcell-Enhanced Self-Assembled Nanoplasmonic Perovskite Scintillators into the Bulk Regime”opublikowanego w czasopiśmie Advanced Materials.
Scyntylator ostrzega przed promieniowaniem i umożliwia tomografię PET
– Scyntylator to materiał, który potrafi pochłaniać promieniowanie jonizujące – niewidoczne i bardzo niebezpieczne dla człowieka – i w odpowiedzi generuje sygnał świetlny, swoisty sygnał ostrzegawczy – wyjaśnia dr Makowski – Nie musimy znajdować się w pobliżu elektrowni atomowej, aby być narażeni na tego rodzaju promieniowanie. W dzisiejszych czasach, przy tak szybkim rozwoju technologii, promieniowanie jonizujące jest obecne w wielu miejscach – w diagnostyce medycznej, przemyśle, a także w badaniach kosmicznych.
Naukowcy poszukują materiałów scyntylacyjnych, które będą zarówno ultraszybkie, jak i ultrawydajne. Obecnie jednak produkcja takich materiałów jest kosztowna – na przykład, jeden centymetr sześcienny bromku lantanu kosztuje około tysiąca euro, a właśnie ten materiał wykorzystuje się m. in. w tomografii PET. – Postanowiliśmy poszukać innych rozwiązań, tj. zastosowań technik fotonicznych w celu poprawy wydajności scyntylatorów – mówi dr Makowski. – Kluczowe znaczenie ma tutaj efekt Purcella, który pozwala zwiększyć ilość światła emitowanego przez materiał. Jeśli wzbudzimy cząsteczkę, oddaje ona zgromadzoną energię. Możemy zwiększyć prawdopodobieństwo tego, że energia ta zostanie wypromieniowana w postaci światła, oraz skrócić czas tej reakcji, umieszczając w pobliżu emitera nanocząstki metaliczne. Ważne jest jednak, aby cząsteczki i nanocząstki się nie stykały, bo wtedy emisja zostaje stłumiona.
Zwielokrotnienie efektu Purcella
Dotychczasowe badania nad efektem Purcella koncentrowały się na materiałach cieńkowarstwowych, co ograniczało grubość próbki. Innowacyjne podejście naukowców, opisane w artykule w Advanced Materials, polega na wykorzystaniu nanokryształów perowskitowych umieszczonych w matrycy polimerowej razem z nanocząstkami metalicznymi. –Tworzymy w ten sposób wiele lokalnych „ognisk” efektu Purcella. Dzięki temu nie jesteśmy już ograniczeni grubością próbki – jedynym ograniczeniem staje się nasza wyobraźnia – podkreśla dr Makowski – To przełom, ponieważ pokazaliśmy, że efekt Purcella działa również w materiałach objętościowych i że w ten sposób możemy wzmocnić efekt scyntylacji pod wpływem promieniowania gamma. Takie rozwiązanie może w przyszłości pozwolić na tańsze i bardziej efektywne badania PET, wykrywanie skażeń radioaktywnych, a także może znaleźć zastosowanie w badaniach kosmicznych.
Grupa Badawcza Materiałów dla Fotoniki, kierowana przez dr. M. Dananga Birowosuto, specjalizuje się w hodowli i charakteryzacji materiałów perowskitowych oraz wykorzystaniu zjawisk fotonicznych w celu poprawy ich parametrów. Obecnie pracuje nad uzyskaniem podobnych efektów także w materiałach nieopartych na ołowiu. Naukowcy mają nadzieję, że ich badania otworzą drogę do jeszcze szerszych zastosowań praktycznych.
