Los investigadores de Siemens han descubierto una forma de imprimir paneles de polímeros que detectan rayos x que funcionan tan bien como los caros paneles de silicio. Usando un método de impresión nuevo, que es similar a la forma en que se hacen las células solares de plástico económicas, los investigadores creen que el método podría reducir el coste de generar imágenes médicas y usarse para paneles ligeros y flexibles en procedimientos como mamografías más cómodas.

Los polímeros eléctricamente activos tienen potencial como una alternativa barata al silicio para dispositivos como sensores de luz, células solares y transistores. Éstos pueden procesarse en condiciones menos estrictas, a temperatura ambiente y al aire libre. Sin embargo, su rendimiento para todas estas aplicaciones todavía no está demostrado, según Thomas Jackson, profesor de ingeniería eléctrica en la Penn State, que no tiene vínculos con Siemens. Si bien se ha demostrado que los fotodiodos a base de polímeros funcionan bien para las células solares, el valor de la utilización de materiales poliméricos para la obtención de imágenes no ha sido claro. Sin embargo, los nuevos detectores de luz nuevos de alto rendimiento de Siemens deben cambiarlo.

Los fotodiodos, desarrollados por los investigadores de Siemens liderados por Sandro Tedde y Oliver Hayden, funcionan tan bien como los de silicio. Los investigadores describen la técnica de fabricación utilizada en la edición de marzo de la publicación Nano Letters, y han presentado fotodiodos orgánicos diseñados para la detección de rayos X en una reunión de la Sociedad de Investigación de Materiales. Tedde expone que los detectores son estables durante al menos seis años.

Los investigadores de Siemens hacen sus fotodiodos por aspersión de soluciones a base de agua que contienen dos tipos de polímeros a través de una máscara de metal sobre un sustrato de vidrio. Ponen en primer lugar, varias capas de polímero con una baja conductividad y, a continuación, varias capas de polímero con una alta conductividad.

El uso de dos diferentes polímeros es crucial. Cuando un fotón alcanza al fotodiodo de polímero, se excita un electrón, dejando un "hueco" con carga positiva; para leer la señal eléctrica resultante, el diodo tiene que alejar al electrón del hueco. La interfaz entre las dos capas de polímero contribuye a que se produzca esta separación: el polímero de baja conductividad porta los huecos positivos, mientras que el otro lleva el electrón a un contacto eléctrico en el que se puede leer.

El método de aspersión funciona bien en áreas grandes. Normalmente, estos polímeros se diseminan por todo el sustrato mediante el “hilado” o el raspado mediante un filo pequeño.  Pero estas técnicas no funcionan bien en áreas grandes, y la generación de imágenes por rayos X requiere paneles grandes, porque los rayos X no se pueden enfocar utilizando lentes convencionales. "Necesitas que el generador de la imagen sea del mismo tamaño que la parte del cuerpo que se está tratando de retratar", explica Karim Karim, un profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Waterloo, que no estaba involucrado en el estudio de Siemens. De hecho, una parte importante del coste de los sistemas actuales proviene de los paneles grandes de silicio que se utilizan para convertir los fotones en señales eléctricas: cuanto mayor tamaño tiene el panel de silicio, más caro es.

"El (nuevo) método se presta a fabricación a bajo precio, incluso para dispositivos de áreas grandes", aporta Shawn Williams, vicepresidente de tecnología de Plextronics, una empresa que fabrica tintas conductivas de polímero para células solares y LEDs.

Los investigadores de Siemens han "buscado una técnica de deposición de muy bajo costo, y no sólo pueden hacer que funcione, sino que de hecho funciona mejor que cuando se hace de otras maneras", afirma Jackson. Los fotodiodos mediante aspersión son más eficientes que los fotodiodos orgánicos hechos con otras técnicas. Esto se debe a que se pueden hacer capas más gruesas sin alterar la estructura a nanoescala de la interfaz del polímero, que es crucial. El sistema de Siemens tiene una eficiencia cuántica de alrededor del 75%. En otras palabras, por cada 100 fotones que llegan al diodo, 75 quedarán registradas. "Eso está realmente bien", sentencia Jackson.

La sustitución de silicio con polímeros podría tener otras ventajas. Hasta ahora el grupo de Siemens ha estado usando el vidrio que es pesado y frágil recubierto con óxido de indio y estaño, como sustrato, pero los fotodiodos se podrían imprimir en soportes de plástico flexible, posibilitando la creación de dispositivos para imágenes que encajen en cualquier parte particular del cuerpo. "La aspersión se puede realizar sobre casi cualquier sustrato," acota Tedde.

Dispositivos para la obtención de imágenes de rayos x ligeros, de gran superficie y flexibles "serían aparatos muy bonitos", dice Richard Lanza, un alto científico de investigación de ciencia nuclear e ingeniería en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, que desarrolla sistemas de rayos X de alta resolución. En el caso de las mamografías, los senos deben comprimirse para ajustarse a los paneles achatados y  rígidos para obtener imágenes. Los fotodiodos orgánicos adaptables podrían hacer que estos procedimientos fueran mucho más cómodos.