Нанотрубки взялись за рентгеновские аппараты

Углеродные нанотрубки уверенно прокладывают путь в разнообразных сферах прикладного характера и экспериментальных разработках. Медицина – не исключение; более того, являясь широчайшим полем для коммерциализации нанотехнологий, она стимулирует научные коллективы упорно трудиться для достижения благих целей – помощи пациентам и, что тоже немаловажно, финансовой выгоды. С очередным шагом в оговоренную область нанотрубки добрались до рентгеновских аппаратов, став ключевым компонентом новой технологии, клиническое испытание которой начнется в этом году в медицинском центре при Университете Северной Каролины (University of North Carolina, UNC). Инновационный аппарат способен значительно продвинуть качество рентгеновских снимков и радиотерапии раковых заболеваний.

Традиционные рентгеновские аппараты имеют длинную трубку с эмиттером электронов, в роли которого обычно выступает вольфрамовая нить, на одном конце и металлическим электродом на другом. Разогреваясь до 1000°С, нить испускает электроны, которые ускоряются вдоль трубки и ударяются о металл, создавая рентгеновское излучение. Взамен одиночного вольфрамового эмиттера команда из UNC использовала массив вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, действующих как сотни миниатюрных электронных пушек. Если вольфрам требует время на разогрев, то нанотрубки испускают электроны сразу же, как только на них подано напряжение. Разработчики представили результат своей работы на прошедшем недавно съезде Американской ассоциации физиков в медицине (American Association of Physicists in Medicine).

С целью коммерциализации технологии создана компания Xintek, сооснователем которой выступил профессор физики и материаловедения Отто Жоу (Otto Zhou). Затем Xintek скооперировалась с Siemens Medical Solutions для образования совместной компании XinRay Systems, разработавшей прототип подлежащей апробации системы. По словам Жоу, с новым многолучевым источником рентгеновского излучения становится возможным получать снимки органов с очень высоким разрешением. Обычная компьютерная томография (КТ) требует несколько минут для формирования трехмерных изображений с использованием Х-лучей. "Поскольку излучение поступает из одной точки пространства, машина должна перемещать источник электронов и детектор вокруг объекта", - объясняет Жоу. В ходе процесса эмиттер выгорает, а пульсация сердца и легких может смазать изображение, поэтому КТ-сканер делает сотни снимков, прежде чем реконструировать вид участка тела в 3D.

Новый аппарат попросту включает и выключает многочисленные нанотрубки в необходимой последовательности, чтобы сделать снимки с разных углов. Поскольку переключение происходит мгновенно, система может записывать большое количество изображений каждую секунду, а значит намного снизить размытость итоговой визуализации, по аналогии со снимающей быстро движущийся объект высокоскоростной камерой. Например, Жоу удалось снять грудную клетку человека с вдвое большим разрешением по сравнению с коммерческими сканерами, использовав 25 синхронизированных лучей в течение нескольких секунд.

Разработка также усовершенствует методику терапии онкологических заболеваний. Снимки пораженных участков ткани используются с целью фокусировки радиолучей на локализованных точках, не затрагивая здоровые области, говорит Ша Ченг (Sha Chang), профессор радиационной онкологии в Школе медицины при UNC. Но до сегодняшнего дня сканеры были слишком медлительны, чтобы одновременно генерировать трехмерную модель участка тела и проводить процедуру облучения. "Рентгеновский аппарат на нанотрубках позволит смотреть на облучаемую точку практически в реальном времени, дабы быть уверенными в точности лучевой терапии", - исполнена оптимизмом Ченг. Если Xintek удастся выйти на рынок медицинских сканеров, результаты клинических испытаний воплотятся в реальные истории помощи пациентам. Тем временем компания также продает эмиттеры на нанотрубках производителям дисплеев. Такие гранды как Samsung или Motorola собираются создавать основанные на новой технологии дисплеи, обещающие потреблять меньше энергии, чем ЖК-матрицы или плазменные панели, в то же время отличаясь яркостью и резкостью катодно-лучевых телевизоров и мониторов, ведь принцип работы схож: лучи электронов "стреляют" в покрытый красными, зелеными и синими точками фосфора экран.

Технология, помимо очевидного усовершенствования медицинской аппаратуры, примечательна практическим внедрением и работоспособностью в настоящий момент. Если относительно недавно приставка "нано-" по отношению к какой-либо предметной области воспринималась больше признаком перемен в технологиях, застанут которые лишь будущие поколения, то пример с рентгеном на нанотрубках не дает сомневаться в скором пришествии и более ошеломляющих разработок – например, искусственных мышц или "думающих" таблеток.