O avanço da tecnologia médica frequentemente se manifesta em melhorias significativas na experiência do paciente e na precisão diagnóstica. Um exemplo notável é a drástica redução do tempo de exames pulmonares em grandes scanners, que passou de 45 para meros 15 minutos em algumas instalações. Essa conquista é, em parte, atribuída ao desenvolvimento de sistemas de processamento de imagens mais eficientes, mas, primordialmente, à incorporação de um material semicondutor inovador: o telureto de cádmio e zinco, mais conhecido pela sigla CZT. Embora pouco conhecido do público geral, o CZT está impulsionando uma verdadeira revolução na imagiologia médica, permitindo a criação de imagens tridimensionais detalhadas dos órgãos internos e expandindo suas aplicações para diversos outros campos tecnológicos, desde a astronomia até a segurança em aeroportos. No entanto, sua complexidade de produção o torna um recurso valioso e de difícil acesso.
A revolução na medicina diagnóstica
Em ambientes hospitalares de ponta, como o Royal Brompton Hospital, em Londres, a integração de novas tecnologias tem transformado radicalmente a maneira como certas condições de saúde são diagnosticadas. A doutora Kshama Wechalekar, chefe de medicina nuclear e PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons) do hospital, destaca a capacidade do CZT de gerar “imagens maravilhosas”, descrevendo o avanço como uma “façanha de engenharia e física”. O material permite aos scanners produzir visões tridimensionais extremamente detalhadas dos pulmões, auxiliando na detecção de condições complexas.
Scanners mais rápidos e precisos
A tecnologia de detecção baseada em CZT nos scanners representa um salto qualitativo. Em vez do processo de duas etapas utilizado anteriormente, o CZT converte diretamente os fótons de alta energia (como raios-x e raios gama) em sinais elétricos. Essa conversão direta, um processo digital de passo único, preserva informações cruciais sobre o tempo e a energia dos raios-x que atingem o detector. O resultado são imagens de altíssima fidelidade que podem ser “coloridas ou espectroscópicas”, permitindo a diferenciação de materiais, tecidos ou substâncias com uma clareza sem precedentes.
Essa sensibilidade aprimorada do CZT também significa que uma quantidade significativamente menor de substância radioativa precisa ser injetada nos pacientes para obter os mesmos, ou até melhores, resultados. A doutora Wechalekar aponta que as doses podem ser reduzidas em cerca de 30%, um benefício crucial para a segurança do paciente. Para o hospital, um equipamento desse porte, avaliado em aproximadamente um milhão de libras esterlinas (cerca de R$ 7,4 milhões), representa um investimento estratégico que se traduz em diagnósticos mais rápidos, seguros e precisos, essenciais para pesquisas sobre coágulos sanguíneos em pacientes com covid prolongada ou embolia pulmonar, por exemplo.
Fabricação complexa e demanda crescente
Apesar de seu potencial transformador, a fabricação de CZT é um dos principais gargalos para sua disseminação. O material existe há décadas, mas desenvolvê-lo para um processo de produção em escala industrial tem sido um desafio formidável. Empresas como a britânica Kromek estão entre as poucas organizações globalmente capazes de produzir CZT de alta qualidade.
O desafio de produzir CZT
Arnab Basu, diretor-executivo e fundador da Kromek, explica que o processo de fabricação é extremamente complexo e demorado. Em suas instalações, dezenas de fornos especiais trabalham em uma sala que ele compara a uma “fazenda de servidores”. Nesses fornos, um pó particular é submetido a um aquecimento intenso, fundido e, em seguida, solidificado, formando uma estrutura monocristalina. Todo o ciclo pode levar semanas para ser concluído. Basu detalha que, nesse período, “átomo por átomo, os cristais se reorganizam até ficarem completamente alinhados”, um testemunho da precisão necessária para criar esse semicondutor, que atua como uma versão altamente especializada dos sensores de imagem de silício encontrados em smartphones. Essa dificuldade intrínseca na produção explica por que, apesar da grande demanda, a oferta de CZT de alta pureza e em formatos específicos permanece limitada.
Além da medicina: aplicações diversas
A capacidade do CZT de detectar partículas minúsculas de fótons em raios-x e raios gama com precisão excepcional o torna valioso em uma gama de setores que vai muito além da imagiologia médica. Sua versatilidade impulsiona avanços em segurança, pesquisa científica e exploração espacial.
De telescópios a segurança aeroportuária
No campo da pesquisa espacial, o CZT é fundamental. Henric Krawczynski, pesquisador da Universidade de Washington em St. Louis, nos EUA, utiliza peças ultrafinas de CZT em telescópios espaciais suspensos em balões de grande altitude. Esses detectores são cruciais para captar raios-x emitidos por fenômenos cósmicos distantes, como estrelas de nêutrons e o plasma ao redor de buracos negros. Para suas pesquisas, Krawczynski precisa de detectores de CZT com apenas 0,8 mm de espessura para minimizar a radiação de fundo e garantir um sinal mais claro, mas a obtenção dessas peças específicas é um desafio constante devido à alta demanda e à complexidade da fabricação.
A Kromek, por exemplo, enfrenta um cenário de grande demanda, o que dificulta atender a todos os pedidos, especialmente para aplicações de pesquisa que exigem estruturas de detector muito específicas. O diretor-executivo Basu destaca a dificuldade de “fazer cem coisas diferentes” simultaneamente.
No setor de segurança, scanners baseados em CZT já estão em uso para detecção de explosivos em aeroportos e para escanear bagagens despachadas em grandes terminais. A expectativa é que, nos próximos anos, a tecnologia seja incorporada aos scanners de bagagem de mão, aumentando a eficiência e a precisão das verificações de segurança.
Outra aplicação crucial ocorre no Diamond Light Source, um centro de pesquisa no Reino Unido. Uma modernização prevista para ser concluída em 2030 visa aumentar significativamente a intensidade dos raios-x produzidos pelo sincrotron. Com raios-x consideravelmente mais brilhantes, os sensores existentes não serão capazes de detectá-los adequadamente. Como afirma Matt Veale, líder do grupo de desenvolvimento de detectores no Conselho de Instalações Científicas e Tecnológicas, “não faz sentido gastar todo esse dinheiro em melhorar essas instalações se não for possível detectar a luz que elas produzem”. Por essa razão, o CZT foi novamente o material escolhido, garantindo que a nova capacidade de geração de raios-x possa ser plenamente aproveitada para analisar materiais, como impurezas no alumínio reciclado, contribuindo para inovações em diversas indústrias.
Um futuro construído átomo por átomo
O telureto de cádmio e zinco (CZT) é, sem dúvida, um material estratégico que está no cerne de uma revolução tecnológica silenciosa, mas profundamente impactante. Desde a otimização de diagnósticos médicos com scanners mais rápidos e seguros até a expansão de nossa compreensão do universo através de telescópios espaciais e o aprimoramento da segurança em aeroportos, suas aplicações são vastas e em constante crescimento. Apesar dos desafios inerentes à sua fabricação complexa e demorada, o investimento em pesquisa e desenvolvimento de CZT continua a ser uma prioridade, impulsionando a inovação em múltiplos setores e prometendo um futuro onde a detecção de alta precisão será cada vez mais acessível e fundamental.
Perguntas frequentes
O que é CZT e para que serve?
CZT, ou telureto de cádmio e zinco, é um material semicondutor que detecta fótons de alta energia (como raios-x e raios gama) com extrema precisão. Ele é usado em scanners médicos para imagens 3D detalhadas, telescópios de raios-x, detectores de radiação e scanners de segurança em aeroportos.
Por que a fabricação de CZT é tão difícil?
A fabricação do CZT envolve um processo complexo de aquecimento, fusão e solidificação de um pó especial em fornos, que pode levar semanas. É necessário que os cristais se alinhem “átomo por átomo” para formar uma estrutura monocristalina de alta pureza, um desafio que apenas algumas empresas no mundo conseguem dominar em escala industrial.
Quais são as aplicações futuras do CZT?
A demanda por CZT está crescendo e suas aplicações futuras incluem a incorporação em scanners de bagagem de mão em aeroportos, o aprimoramento de detectores para sincrotrons avançados na pesquisa de materiais, e o desenvolvimento contínuo de novas tecnologias de imagem e detecção em diversos campos científicos e industriais.
Descubra mais sobre os materiais que moldam nosso futuro tecnológico e como eles estão transformando o mundo ao nosso redor.
Fonte: https://g1.globo.com
