Учёные разработали гибкий полимерный материал, который может заменить свинец в тяжёлых защитных фартуках для рентгенологических кабинетов. По данным исследователей, новый материал обеспечивает сопоставимую защиту от рентгеновского излучения, но позволяет уменьшить массу фартуков почти на 90%.
Работу провели специалисты Университета Ватерлоо (University of Waterloo). Один из авторов, профессор химической инженерии Тизазу Меконнен (Tizazu Mekonnen), подчёркивает: для пациента, который проходит рентген время от времени, тяжёлый фартук обычно не становится большой проблемой. Но для рентгенолаборантов и других сотрудников, которые носят такую защиту ежедневно, лишний вес может оборачиваться хронической болью в шее и спине.
Почему свинцовые фартуки хотят заменить
Свинец хорошо задерживает рентгеновское излучение, поэтому десятилетиями остаётся привычным материалом для радиационной защиты. Но у него есть два серьёзных недостатка: он тяжёлый и токсичный.
При длительном использовании некоторые защитные фартуки могут выделять свинцовую пыль. Её можно случайно вдохнуть или проглотить. Свинец способен вредить нервной системе, сердцу и сосудам, а также другим органам. Поэтому поиск более безопасных материалов важен не только для удобства, но и для охраны труда в медицине.
Как работает новый материал
Исследователи изучали несколько возможных заменителей свинца, включая висмут, гадолиний, барий и другие тяжёлые металлы. В итоге они сосредоточились на вольфраме. Этот металл хорошо подходит для защиты от рентгеновского излучения, потому что имеет высокую атомную плотность: его атомы эффективно ослабляют прохождение лучей.
Сначала вольфрам переработали в наночастицы — очень мелкие частицы размером в миллионные доли миллиметра. Затем их смешали с мягким пластиком на основе силикона и получили гибкие нанокомпозитные листы. Нанокомпозит — это материал, в котором основа, например полимер, усилена очень маленькими частицами другого вещества.
Почему форма частиц имеет значение
Главная инженерная задача состояла в том, чтобы материал оставался гибким. Если просто добавить много металлических частиц, полимер может стать слишком жёстким и неудобным для фартука.
Чтобы этого избежать, учёные распределили наночастицы слоями с разной концентрацией. Такой подход называют градиентной структурой: свойства материала меняются постепенно от слоя к слою. Кроме того, моделирование и испытания показали, что стержнеобразные наночастицы лучше задерживают рентгеновское излучение, чем другие формы.
Где проверяли защиту
Испытания и расчёты проводились вместе с Эрнестом Осеем (Ernest Osei) в больнице в Китченере. По словам Тизазу Меконнена (Tizazu Mekonnen), результаты показывают, что радиационная защита не обязана опираться на тяжёлые и токсичные материалы вроде свинца.
Пока речь идёт о научной разработке, а не о готовом массовом изделии для всех больниц. Для внедрения таких фартуков потребуются дальнейшие испытания, стандартизация, оценка долговечности, удобства, безопасности при длительной эксплуатации и стоимости производства.
Возможны и другие применения
Соавтор статьи Аклилу Г. Месселе (Aklilu G. Messele) изучает, можно ли использовать подобные материалы против других видов излучения, включая гамма-излучение в ядерной энергетике. Также рассматривается возможность защиты от электромагнитных волн, которые излучают бытовые устройства.
Однако здесь важно разделять доказанные и предварительные идеи. Защита медицинских работников от рентгеновского излучения — понятная и хорошо измеримая задача. А предположения о защитных чехлах для телефонов требуют отдельной проверки: влияние обычного бытового электромагнитного излучения на здоровье оценивается по другим принципам, чем защита от рентгеновских лучей.
О других медицинских подходах, где точное управление излучением помогает уменьшить риск для здоровых тканей, можно прочитать в материале о том, как радиоактивные коллагеновые пластины снизили риск рецидива метастазов в головном мозге после операции.
Литература
Messele A. G. et al. Tailoring X-ray attenuation in tungsten-based nanocomposites via particle morphology, multilayering, and concentration gradients // Materials Today Physics. 2026. DOI: 10.1016/j.mtphys.2026.102092.