Luonnonmineraali hackmaniitti mahdollistaa röntgenkuvantamisen uudella menetelmällä

Hackmaniitti on luonnonmineraali, joka hohtaa pimeässä. Lisäksi se on tunnettu kyvystään vaihtaa väriään luonnonvalkoisesta pinkkiin tai violettiin UV-säteilyn vaikutuksesta. Uudessa tutkimuksessa mineraalin värinvaihto-ominaisuutta tarkasteltiin röntgensäteilyn alla.

– Aikaisemmin oli julkaistu alustavia tuloksia hackmaniitin värjäytymisestä röntgensäteilyssä, mutta oli epäselvää miksi ja miten väri syntyy tai voiko ominaisuutta käyttää jotenkin hyväksi. Nyt kokeilimme ensimmäistä kertaa röntgenkuvantamista käyttäen hackmaniitista valmistettua pintaa kuvauslevynä ja tulokset olivat erittäin innostavia, kertoo dosentti Mika Lastusaari Turun yliopistosta.

Lastusaaren johtama älykkäiden fotonisten materiaalien tutkimusryhmä tekee uraauurtavaa valoon ja väreihin liittyvien materiaalien tutkimusta Turun yliopiston kemian laitoksella. Ryhmässä hackmaniittia valmistetaan keinotekoisesti, jolloin materiaalin ominaisuuksia voidaan hallita ja mukauttaa erilaisiin tarpeisiin lisäämällä tai korvaamalla atomeja materiaalin perusrakenteessa.

– Tässä tutkimuksessa tutkimme neljän synteettisen hackmaniittilajikkeen käyttäytymistä röntgensäteilyn vaikutuksessa Saksan Karlsruhen synkrotronilaitoksessa, hiukkaskiihdyttimessä, joka tuottaa energialtaan säädettävää röntgensäteilyä. Kaikki näytteet yllättivät positiivisesti ja saimme arvokasta tietoa eri atomien seostamisen vaikutuksesta värinvaihto-ominaisuuteen, kertoo tohtorikoulutettava Sami Vuori.

– Lisäksi havaitsimme, että värjäytymisen mekanismi voi tapahtua myös atomien sisäkuorten elektronien avulla, toisin kuin UV-säteilyssä, jossa värjäytymiseen osallistuu vain löyhimmässä olevat ulkokuorten elektronit, Vuori lisää.

Säteilyannosten mittausta ja kuvantamista hackmaniitilla

Hackmaniittia voidaan tutkijoiden mukaan pitää suoranaisena ihmeaineena sen monien käyttökohdemahdollisuuksiensa vuoksi. Nyt mineraalin repertuaariin tulee hyvänä lisänä myös röntgenkuvantaminen, mistä on esimerkkinä röntgenkuva kuolleen muurahaisen kehosta.

Kuolleen muurahaisen keho järjestelmäkameralla kuvattuna millimetripaperin päällä. Kuva: Sami Vuori.

Hackmaniittikalvolle jää läpivalaistu kuva muurahaisesta röntgenaltistuksen jälkeen. Kuva on otettu järjestelmäkameralla. Kuva: Sami Vuori.

– Hackmaniitin avulla kuvantamisessa on se hyvä puoli, että siinä ei tarvita kalliita analysaattoreita kuvan näkemiseksi, vaan sen voi nähdä suoraan omin silmin ja tallentaa kameralla. Tämäkin kuva on otettu vain tavallisella järjestelmäkameralla röntgenaltistuksen jälkeen. Paras asia on kuitenkin se, että kuvan hackmaniittikalvo ei ole mikään kertakäyttöinen filmi, vaan kuvan saa poistettua valon tai lämmön avulla, jolloin toisen kohteen kuvantamisen voi aloittaa taas uudelleen samalla kalvolla, selvittää hackmaniiteista väitöskirjansa tehnyt tohtori Isabella Norrbo.

– Tutkimusartikkelimme kirjoittajissa on suuri joukko optisen alan sekä laskennallisen kemian taitajia, ja siinä yhdistyy kansainvälisyyden lisäksi sekä perustutkimus- että innovaationäkökulma, tähdentävät Mika Lastusaari ja Sami Vuori lopuksi.

Tutkimus on tehty yhteistyössä Ranskan Lyonin yliopiston, Karlsruhe Institute of Technologyn ja Brasilian São Paulon yliopiston kanssa.

Tutkimusartikkeli on julkaistu avoimesti saatavana arvostetussa Advanced Optical Materials -lehdessä.