Un material conocido como telururo de cadmio y zinc (CZT) está impulsando una revolución en el campo de las imágenes médicas y la detección de radiación. Este semiconductor, difícil de producir pero con propiedades excepcionales, permite crear escáneres más rápidos y precisos, con aplicaciones que van desde hospitales hasta aeropuertos y telescopios espaciales.
Puntos Clave
- El CZT reduce el tiempo de escaneo médico de 45 a 15 minutos en algunos procedimientos.
- Permite imágenes tridimensionales de alta resolución y reduce la dosis de radiación para los pacientes.
- Su fabricación es compleja y solo un número limitado de empresas puede producirlo a escala industrial.
- Tiene aplicaciones en medicina, seguridad aeroportuaria, astronomía y detección de radiación.
- La demanda del material supera la oferta actual, generando desafíos para investigadores.
CZT: Un salto en la medicina diagnóstica
El impacto del CZT en la medicina es palpable. En el Royal Brompton Hospital de Londres, un nuevo escáner que incorpora este material ha transformado las exploraciones pulmonares. Anteriormente, los pacientes debían permanecer inmóviles durante 45 minutos. Ahora, el tiempo se ha reducido a solo 15 minutos, mejorando la comodidad y la eficiencia.
La Dra. Kshama Wechalekar, jefa de medicina nuclear y PET en el hospital, destaca la calidad de las imágenes obtenidas. «Con este escáner se obtienen imágenes preciosas», afirma. «Es una auténtica proeza de ingeniería y física». Este avance es crucial para detectar condiciones como coágulos sanguíneos en pacientes con COVID prolongado o embolias pulmonares.
Dato Curioso
El escáner del Royal Brompton Hospital, valorado en un millón de libras esterlinas (aproximadamente 1,4 millones de dólares estadounidenses), fue instalado en agosto pasado y utiliza CZT fabricado por la empresa británica Kromek.
Reducción de dosis de radiación
Además de la velocidad, el CZT permite una mayor sensibilidad en la detección de rayos gamma. Esto significa que se necesita una menor cantidad de sustancia radiactiva inyectada en el cuerpo del paciente para obtener imágenes claras. La Dra. Wechalekar señala que pueden «reducir las dosis en aproximadamente un 30%», un beneficio significativo para la seguridad del paciente.
Los escáneres basados en CZT capturan fotones de rayos X y rayos gamma con una precisión increíble. A diferencia de las tecnologías anteriores que utilizaban un proceso de dos pasos, el CZT convierte directamente la energía del fotón en una señal eléctrica. Esto permite generar imágenes en color o espectroscópicas, preservando información vital como la sincronización y la energía de los rayos.
La difícil fabricación del CZT
A pesar de sus ventajas, la producción de CZT es un desafío técnico. El material existe desde hace décadas, pero escalarlo a una fabricación industrial ha sido un proceso largo y complejo. Arnab Basu, director ejecutivo fundador de Kromek, describe la dificultad de su desarrollo.
«Ha llevado mucho tiempo desarrollarlo para que sea un proceso de producción a escala industrial».
En las instalaciones de Kromek en Sedgefield, Inglaterra, 170 hornos pequeños trabajan en un proceso que Basu compara con una «granja de servidores». En estos hornos, un polvo especial se calienta hasta fundirse y luego se solidifica lentamente, formando una estructura monocristalina. Este proceso de reorganización atómica, que permite que los cristales se alineen perfectamente, puede tardar semanas.
¿Qué es un semiconductor?
Un semiconductor es un material que tiene propiedades eléctricas intermedias entre un conductor (como el cobre) y un aislante (como el vidrio). Su conductividad puede ser controlada, lo que los hace esenciales para la electrónica moderna, incluyendo los sensores de imagen.
Aplicaciones más allá de la medicina
La versatilidad del CZT se extiende a otros campos críticos. En la seguridad aeroportuaria, los escáneres basados en CZT ya se utilizan para detectar explosivos en aeropuertos del Reino Unido y para escanear equipaje facturado en algunos aeropuertos de Estados Unidos. Se espera que en los próximos años también se implemente para el equipaje de mano, mejorando la eficiencia y la seguridad en los controles.
La investigación científica también se beneficia enormemente del CZT. Henric Krawczynski, de la Universidad de Washington en San Luis (EE.UU.), ha empleado este material en telescopios espaciales transportados por globos de gran altitud. Estos detectores son capaces de captar rayos X emitidos por estrellas de neutrones y plasma alrededor de agujeros negros, ofreciendo una visión única del universo.
Desafíos en la cadena de suministro
La alta demanda y la limitada capacidad de producción del CZT representan un obstáculo. El profesor Krawczynski, por ejemplo, necesita piezas muy finas de CZT, de solo 0,8 mm, para sus telescopios, lo que ayuda a reducir la radiación de fondo y a obtener una señal más clara. Sin embargo, encontrar proveedores que puedan satisfacer estas especificaciones es difícil.
Basu explica que Kromek, a pesar de su capacidad, enfrenta una gran demanda y no puede atender todos los proyectos de investigación. «Apoyamos a muchísimas organizaciones de investigación», dice. «Nos resulta muy difícil hacer cien cosas diferentes. Cada proyecto de investigación requiere un tipo de estructura de detector muy particular».
Futuro brillante para el CZT
En el Reino Unido, el centro de investigación Diamond Light Source en Oxfordshire está en proceso de una modernización significativa que incluirá detectores basados en CZT. Este sincrotrón produce rayos X extremadamente brillantes para analizar materiales, y la actualización, que se completará en 2030, hará que los rayos X sean aún más intensos.
Los sensores actuales no podrán manejar la nueva intensidad, por lo que el CZT se presenta como la solución ideal. Matt Veale, líder del grupo de desarrollo de detectores en el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas, subraya la importancia de esta elección: «No tiene sentido gastar todo este dinero en mejorar estas instalaciones si no se puede detectar la luz que producen».
El CZT, aunque un material complejo de obtener, está demostrando ser indispensable para el avance de la tecnología en diversos sectores, prometiendo un futuro con diagnósticos más precisos, seguridad mejorada y una comprensión más profunda del cosmos.
