Sviluppo dell'ultra

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22532 (2022) Citare questo articolo

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Nelle istituzioni mediche, la schermatura dalle radiazioni è una strategia efficace per proteggere il personale medico e i pazienti dall’esposizione. La riduzione del peso dello scudo indossato dal personale medico nell’area di generazione delle radiazioni svolge un ruolo chiave nel migliorare la loro produttività e mobilità. In questo studio, un nuovo schermo leggero contro le radiazioni è stato sviluppato mediante elettrofilatura di un materiale composito polimero-tungsteno per produrre nanofibre con una struttura a film sottile multistrato simile a quella di un'ala di farfalla morfo. Lo schermo fabbricato aveva la forma di carta schermante flessibile spessa 0,1 mm. La struttura multistrato della sottile carta schermante è stata ottenuta attraverso la formazione di un modello di nanofibre tramite elettrofilatura di una dispersione di particelle di tungsteno. Con uno spessore di 0,1 mm, il tasso di schermatura della carta era del 64,88% a 60 keV. Inoltre, con uno spessore di 0,3 mm e disposto in una struttura laminata, il tasso di schermatura era del 90,10% e l'equivalente di piombo era di 0,296 mmPb. Se utilizzato come materiale per grembiuli, il peso può essere ridotto del 45% rispetto ai prodotti in piombo esistenti. Inoltre, il materiale è altamente lavorabile e può essere utilizzato per fabbricare vari prodotti flessibili, come cappelli, guanti, biancheria intima e sciarpe utilizzate nelle istituzioni mediche.

La radiografia è una tecnologia medica che trasmette i raggi X attraverso il corpo umano e utilizza la differenza nella densità delle sostanze nel corpo umano per visualizzare le strutture anatomiche1. La penetrazione dei raggi X è limitata quando la densità del tessuto è elevata, mentre i tessuti con densità relativamente bassa possono essere facilmente penetrati2. Pertanto, maggiore è la densità dello schermo, più vantaggiosa può essere la radioprotezione.

Le radiazioni artificiali, come i raggi X, sono state sviluppate per le tecnologie mediche e industriali. Tuttavia, a causa del crescente utilizzo di dispositivi medici, la popolazione generale e gli operatori sanitari e industriali sono soggetti a una maggiore esposizione alle radiazioni3. Pertanto, per ridurre l’esposizione è necessaria una tecnologia di difesa attiva dalle radiazioni. Inoltre, l’uso di dispositivi mobili a raggi X è aumentato a causa della recente pandemia di COVID-194. La Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica (ICRP) specifica che le radiazioni utilizzate in campo medico dovrebbero essere utilizzate a beneficio dei pazienti e dovrebbero essere ottimizzate5.

La tecnologia degli scudi anti-radiazioni utilizzata nelle istituzioni mediche è associata al tempo e alla distanza6. Piastre o fogli di piombo costituiti da polvere di piombo e un polimero, come la gomma, vengono generalmente utilizzati come schermi contro i raggi X7. Tuttavia, a causa della sua tossicità, il piombo pone problemi di avvelenamento e smaltimento da piombo. Pertanto, gli schermi utilizzati nelle istituzioni mediche vengono sempre più realizzati con materiali senza piombo8. Tuttavia, la maggior parte dei dispositivi medici, delle forniture e delle strutture che utilizzano le radiazioni utilizzano ancora il piombo come materiale schermante. Pertanto, per superare questo problema, dovrebbe essere ampliato l’uso di materiali economici ed ecologici senza piombo con prestazioni di schermatura equivalenti al piombo.

Materiali come tungsteno, ossido di bismuto, solfato di bario e boro vengono generalmente utilizzati come alternative al piombo9. Considerando le prestazioni di schermatura, il tungsteno è il materiale schermante ecologico più utile. In generale, i materiali schermanti sostitutivi del piombo dovrebbero essere non tossici e avere flessibilità e lavorabilità. Inoltre, i materiali dovrebbero essere proposti come materiale avente un'ottima affinità con il polimero da miscelare o come materiale in grado di ridurre il peso nella realizzazione di uno scudo. I tipi di schermature che possono essere prodotti con questi materiali schermanti includono piastre, fibre e fogli ed è possibile pressare o stampare a iniezione nella forma desiderata a seconda della tecnologia di processo.

Uno scudo di tipo fibroso è tessuto da un filo impregnato con il materiale schermante. Tuttavia, le prestazioni di schermatura sono limitate dai fori di spillo generati tra il filo durante il processo di tessitura. Pertanto, gli schermi a base di fibre vengono utilizzati principalmente per proteggere dalle radiazioni secondarie (o diffuse)10. Uno schermo a forma di foglio viene prodotto mescolando un polimero e materiale schermante, che viene compresso allo spessore richiesto. L'elemento più importante di questo processo è la dispersione uniforme del materiale schermante. Il processo di dispersione del materiale schermante influisce sulla riproducibilità delle prestazioni schermanti ed è difficile da applicare alla produzione di massa senza la standardizzazione del processo produttivo11.