filled ampoules

Kristal Yetiştirmek: Bir Takım Başarısının En Saf Formu

Tıbbi kristallerin görüntüleme teknolojilerinde kullanımı.

Andrea Lutz

19 Ekim 2021’de yayınlandı

silicone wafer

Teknolojide en çok kullanılan kristaller silikondur. Bunlar, mikroçipler gibi yarı iletken elemanların temeli oldukları için günlük hayatın her yerinde bulunur. Buna ek olarak, belirli amaçlar için yetiştirilen çok sayıda başka kristalli madde de kullanılmaktadır.

Kristal, şeffaflığın ve netliğin önemli bir sembolüdür. Kuvars ve cevherler her zaman değerli kabul edilmiş ve zenginlik ve statünün göstergeleri olarak taçlarda ve takılarda sergilenmiştir. Geçmişte, kristaller sadece doğanın bir ürünü olarak vardı. Günümüzde ise yapay üretimlerinin sağlanması saflık, sebat ve mükemmellik gerektirmektedir.

Kristallerin bilim ve teknoloji için önemi, ilk olarak, mükemmel düzenli dizilimlerinden kaynaklanan özel atomik yapılarının ve bu yapıların getirdiği fiziksel özelliklerin keşfedilmesiyle anlaşıldı. Günümüzde modern tıp, X-ışını dedektörlerinde kristal materyallerin kullanılması sayesinde mümkün olan güçlü teşhis teknikleriyle deyim yerindeyse kristal küreye bakıp geleceği görüyor.

diamond

Bu biyokimyasal bağlar başarıyla görselleştirildikten sonra, çok sayıda madde incelendi ve karakterize edildi: Metaller ve alaşımlar, silikon ve diğer yarı iletkenler, elmaslar ve kuvars, sodyum klorür, akide şekeri ve metamfetamin ve hatta genetik materyal (DNA).

Kristaller sadece güzel görünmekle kalmaz, aynı zamanda madde araştırmalarında da belirleyici bir rol oynar. Schrödinger, Heisenberg gibi isimlerle çalışan ilk kuantum mekaniği araştırmacıları, atomların kendi başlarına nasıl davrandığını netleştirdikten sonra, bir sonraki adıma geçtiler: Çok sayıda atom "bir araya getirildiğinde" ne gerçekleşiyor sorusuna yanıt aradılar. X-ışınları kullanılarak, katı cisimlerin en küçük seviyede nasıl çalıştığı araştırıldı. İnsan gözüyle görülmeyen ultra kısa dalgalı ışık, bir kristalin düzenli dizilmiş atomlarıyla özel bir şekilde etkileşir.

Radyasyonun geliş açısına bağlı olarak, trilyonlarca atomun her birinin bireysel refleksleri ya birbirine eklenir ya da birbirini iptal eder. Ekranda beliren kırılma görüntülerini analiz ederek, atomların dizilişinden ve birbirinden uzaklığından sonuçlar çıkarabilir, böylece katı bir cismin özelliklerini anlayabilirsiniz. 20. yüzyılın ilk yarısında bu öncü çalışmalar için, içlerinde Max von Laue, William Henry Bragg ve oğlu William Lawrence Bragg olan birçok bilim insanına Nobel Ödülü verildi. Artık bir kristalin özgün karakteristiğinin, fiziksel yapısındaki atomların ve moleküllerin düzenli dizilimine borçlu olduğu kabul edildi.

Katı cisimdeki atomların düzenli dizilimini anlamak için, bir pazardaki meyve tezgahının önüne yığılmış portakal piramitlerini düşünün. Meyvelerin aranjmanları süresiz olarak - en azından kavramsal olarak - devam ettirilebilir. Dört meyve bir düzlemde bir kare oluşturur, beşinci meyve merkezde bulunur. Büyük yığındaki her portakal aynı zamanda bitişik karede bir tepe noktası ve küçük bir piramidin tepe noktasıdır. Kulağa çocuk oyunu gibi geliyor ama bu yapı son derece önemli. Bunun nedeni, yapı taşlarının, yani atomların diziliminin temel özelliklerle ilişkili olmasıdır: elektriksel iletkenlik, termal iletkenlik, ses dalgalarının yayılma hızı.

Elmaslar, aslında yalnızca sıradan karbondan oluşsalar da bugüne kadarki en değerli doğal kaynaklardan biridir. Atomların mükemmel düzenli dizilişi, elması bu kadar özel yapan şeydir. Yabancı bir unsur, örneğin bir portakal yığını görüntüsündeki bir kavun, yığına gizlice girer girmez, düzen bozulur. Yığın bükülür, bitişik meyveler artık her yönde düz bir çizgide düzenlenmez ve mutlak saflık bozulur.

Siemens Healthineers'ın yeni nesil BT dedektörleri, kadmiyum tellür kristalleri ile donatılacak. Bu kristaller, X radyasyonunun doğrudan elektrik sinyallerine dönüştürülmesini sağlıyor. Bu sinyaller, tomografik tıbbi görüntülerin daha sonraki hesaplanması ve değerlendirilmesi için temel oluşturuyor. Giriş sinyalleri ne kadar iyi olursa, radyologun teşhis için kullanabileceği işleme zincirinin sonunda elde edilen görüntüler de o kadar iyi oluyor. Bu yeni malzeme türünü kullanarak, klinik rutinde photon-counting X-ışını dedektörlerinin kullanımı ise ilk kez gerçeğe dönüşecek.

Bu teknoloji aynı zamanda BT görüntülerinin çözünürlüğünü artırıyor ve piksel bulanıklığını azaltıyor. Sonuç olarak muayene sırasında hastanın aldığı radyasyon dozu daha da azaltılabiliyor. Photon-counting detektörünün işlevselliği, milenyumun başında laboratuvarda yapılan testlerle çoktan kanıtlanmıştı. Bu teknolojiyi tıbbi ürünler pazarına sunmak için, gerekli kristalleri laboratuvarda gram gram üretmek söz konusu olamazdı. Binlerce BT sisteminin orta vadeli gereksinimlerini karşılamaya yetecek kadar büyük hacimlerin üretilmesi gerekiyordu

Saflığı sağlamak, sebat göstermek ve mükemmel teknik - mükemmel kristaller yetiştirmek için en önemli ön koşullar... Erimiş maddedeki en ufak safsızlık, birkaç hafta hatta ay sürebilen büyüme sürecine engel olabilir. Doğada bir kristal rastgele ortaya çıkarken Siemens Healthineers uzmanları endüstriyel üretim için büyüme sürecini çok hassas bir şekilde anlamalı ve kontrol etmelidir. Malzemelerin yüksek saflıkta işlenmesi başlı başına bir sanattır. Malzemelerin tutulduğu veya işlendiği her kap kesinlikle temiz olmalıdır - ve "temiz", tek bir kontaminasyon atomunun bile gözden kaçırılmaması gerektiği anlamına gelir.

Siemens Healthineers mühendisleri, seri üretime giden yolda sayısız engeli aşmak zorundaydı. Her şeyden önce, 2011'den itibaren, dünyanın en yüksek kalitede kristal yetiştirme sanatında ustalaşan az sayıdaki şirketten biri olan Japonya'daki Acrorad ile yakın bir ortaklığa girildi. Forchheim lokasyonunda, yeni tür kristalleri geliştirmek için, başkanlığını Christian Schröter'in yaptığı özel bir laboratuvar kuruldu: 2020'de açılan "Kristal Merkezi". Kristal Merkezi’nde yetiştirilen kadmiyum tellür artık %99.9999 saflık derecesine sahip, bu saflık oranı aynı zamanda takım başarısının da en saf halini gösteriyor.

Yüksek kaliteli X-ışını sensörleri oluşturmak için bitmiş kristallerin müteakip işlenmesi, aynı derecede zorlu bir görevdir. Sinyal toplama ve işleme için son derece özelleştirilmiş elektronikler de dahil olmak üzere yeni dedektör sistemleri Forchheim'da geliştirildi. 2014'ten bu yana, Siemens Healthineers'ın Almanya ve ABD'deki seçilmiş klinik ortaklarında radyolojik uygulamada test edilen üç deneysel prototip tarayıcı kurulmasına devam ediliyor.

Almanya’daki ve diğer ülkelerdeki uluslararası üne sahip bir dizi üniversite hastanesi, halihazırda klinik kullanım için onaylanmış ve 20 yerde kurulmuş olan bir başlangıç sistemini değerlendirmektedir. Tutkulu bir Fransa Bisiklet Turu hayranı olan Schroeter, bu etapların her birinin "eşsiz takım başarısı" olarak elde edilebileceğini vurguluyor, ki etapların Alman Gelecek Ödülü'ne aday gösterilmesi de takım çalışmasının başarısının sonuçlarını gösteriyor.

2025 yılına kadar, şu anda tıbbi teknoloji pazarındaki tartışmasız en iyi X-ışını dedektörlerini oluşturmak için çok aşamalı süreç zinciri Forchheim lokasyonunda kurulmuş olacak – yüksek saflıktaki hammaddelerin üretiminden başlayarak kristale kadar yapım evreleri devam edecek. Kadmiyum telluridin yetiştirilmesi, işlenmesi ve ardından veri toplama elektroniğine entegrasyonu yapılacaktır.

Andrea Lutz tarafından yazılmıştır.

Andrea Lutz tıbbi konular, teknoloji ve sağlık bilişimi konularında uzmanlaşmış bir gazeteci ve iş eğitmenidir. Almanya, Nürnberg'de yaşıyor.

1 Ürünler/özellikler (burada belirtilen) tüm ülkelerde ticari olarak mevcut değildir. Gelecekteki kullanılabilirlikleri garanti edilemez.

Siemens Healthineers müşterilerinin burada açıklanan açıklamaları, müşterinin benzersiz ortamında elde edilen sonuçlara dayanmaktadır. "Tipik" bir hastane olmadığı ve birçok değişken (örn. hastane büyüklüğü, vaka karışımı, IT'nin benimsenme düzeyi) mevcut olduğu için, diğer müşterilerin de aynı sonuçlara ulaşacağının garantisi olamaz.