Hiilinanoputket
Hiilinanoputket ovat hiilen allotrooppinen muoto, joka löydettiin kymmenen vuotta sitten. Sillä on ainutlaatuinen kemiallinen rakenne ja täydellinen geometrinen putkimainen rakenne, jotka selittävät sen yksilölliset ominaisuudet.
Käyttö röntgenlaitteissa
Hiilinanoputkien elektroniemissio ominaisuudet mahdollistavat kylmien katodien valmistamisen. Kylmillä katodeilla tarkoitetaan huoneenlämmössä toimivia katodeja. Näiden katodien käyttö on kiinnostava vaihtoehto korvaamaan nykyisiä kuumia katodeja, jotka vaativat toimiakseen jopa 1000 asteen lämpötilan. Tämä saattaa olla merkittävä edistysaskel röntgenlaitteiden kehitystyössä ja voi johtaa sekä siirrettäviin että pienoisröntgensäteilylähteisiin lääketieteellisen teknologian alalla.
Hiilinanoputkista tehdyillä katodeilla on pienempi emissioon tarvittava kynnysjännite, kuin nykyisillä käytössä olevilla katodeilla. Hiilinanoputkikatodin energiasuihkun suuruusluokka on myös 0,5eV ja suihkun poikkeama osuessaan anodiin on pienempi kuin 5 astetta eli se kulkee suhteellisen suoraan. Tavanomaisilla katodeilla on myös huomattavasti alhaisempi käyttöikä suuren lämpötilan takia.
Nanoputkilaitteilla saadaan lisäksi vähennettyä potilaille annettavan säteilyn määrää, koska tavanomaisilla röntgenlaitteilla voi joutua ottamaan useita kuvia johtuen niiden epätarkkuudesta. Uudella tekniikalla tarvitsee vain yhden kuvan.
Kuvantamisesta
Tavanomaisissa röntgenlaitteissa elektronit vapautetaan kuumennetusta wolframsäikeestä ja kiihdytetään alas putkeen, kunnes ne osuvat metalliseen kohteeseen, joka muodostaa röntgensäteitä. Koska röntgensäteet ammutaan yhdestä lähteestä, 3D-kuvantaminen, kuten esimerkiksi tietokonetomografia, on yleensä hankalaa. Se mikä tekee järjestelmän sopivaksi reaaliaikaiseen 3D-kuvantamiseen, on yksittäisten nanoputkien päälle- ja poiskytkennän nopeus. Tämä voidaan suorittaa mikrosekunneissa joko lisäämällä tai vähentämällä jännitettä. Korkeanopeuksinen nanoputkikuvantaminen vähentää myös hengityksestä ja sydämenlyönneistä aiheutuvaa kuvan ”puuroutumista”. Yksisäteistä nanoputkilaitetta on testattu hiiriin, ja tutkijat ovat onnistuneesti tuottaneet teräviä kuvia ottamalla röntgenkuvia samanaikaisesti, kun eläimet hengittävät. Esimerkiksi syöpätutkimuksista iso osa on tehty käyttämällä hiiriä. Hiirillä on nopeampi hengitys ja sydämenlyöntien tahti kuin ihmisillä, joka tekee tavanomaisten röntgensäteiden käyttämisestä vielä vaikeampaa.
Hiilinanoputkien käyttö mahdollistaa myös kuvauksen kanssa samanaikaisen sädehoidon. Reaaliaikaisen 3D-kuvaamisen ansiosta voidaan sädehoito kohdistaa tarkemmin sairaalle kudokselle, jolloin haitat terveelle kudokselle minimoidaan.
Vaikka nanoputken ovatkin vielä kalliimpia kuin perinteiset röntgenlaitteet, ovat ne paljon tarkempia laitteita ja huoltokustannukset ovat alhaisemmat. Mm. Peter Schard, joka työskentelee lääketieteellisen kuvantamisen asiantuntijana Siemensillä, sanoo, että nanoputkilaitteiden hinta tulee muutaman vuoden sisällä laskemaan suunnilleen samaan kuin tavanomaisten röntgenlaitteiden hinnat ovat.
Lisäksi nanoputkia on hyvän kuvanlaatunsa vuoksi suunniteltu hyödynnettäväksi myös lentokenttien turvallisuustarkastuksissa käytettävissä laitteissa.
Kuka valmistaa hiilinanoputkilla toimivia röntgenlaitteita?
USA:ssa toimii yritys nimeltä Xintek, jolla on tällä hetkellä yli 50 patenttia hiilinanoputkiteknologialle, joista osa on hyväksytty ja osa on vielä haussa. Yritys on myös maailman johtava hiilinanoputkiteknologiaa hyödyntävä firma. Xintek tekee yhteistyötä myös muiden yhtiöiden kanssa ja ovatkin yhdessä Siemens Medical Solutionsin kanssa perustaneet yhteisyrityksen XinRay systems.
Lähteet:
http://www.technologyreview.com/news/414584/nanotube-powered-x-rays/
http://www.icdd.com/resources/axa/vol48/v48_28.pdf
http://www.mdpi.com/1996-1944/5/11/2353/pdf
http://www.xinnanomaterials.com/
http://www.nature.com/news/2009/090728/full/news.2009.744.html
HNP-teknologialla hiiren keuhkoista otettu kuva.