ウルトラの開発

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22532 (2022) この記事を引用

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7 オルトメトリック

メトリクスの詳細

医療機関において、放射線遮蔽は医療従事者と患者を被ばくから守るための効果的な戦略です。 放射線発生エリアで医療従事者が着用するシールドの重量を軽減することは、医療従事者の生産性と機動性を向上させる上で重要な役割を果たします。 この研究では、ポリマーとタングステンの複合材料をエレクトロスピニングしてモルフォ蝶の羽に似た多層薄膜構造を持つナノファイバーを生成することにより、新しい軽量放射線シールドを開発した。 作製したシールドは厚さ 0.1 mm の柔軟なシールド紙の形状でした。 薄いシールド紙の多層構造は、タングステン粒子の分散液をエレクトロスピニングすることによるナノファイバーパターンの形成によって得られました。 厚さ 0.1 mm の場合、紙の遮蔽率は 60 keV で 64.88% でした。 さらに、厚さ0.3mmの積層構造でシールド率は90.10%、鉛当量は0.296mmPbでした。 エプロンの素材として使用した場合、従来のリード製品に比べて45％の軽量化が可能です。 また、加工性にも優れており、医療機関で使用される帽子、手袋、下着、スカーフなど、柔軟な製品の製造が可能です。

X 線撮影は、X 線を人体に透過させ、人体内の物質の密度の違いを利用して解剖学的構造を画像化する医療技術です1。 組織の密度が高い場合、X 線の透過は制限されますが、密度が比較的低い組織は容易に透過できます 2。 したがって、シールドの密度が高いほど、放射線防護にとって有利になります。

X 線などの人工放射線は、医療および産業技術のために開発されてきました。 しかし、医療機器の使用が増加しているため、一般住民や医療従事者、産業従事者は放射線被ばく量が増加しています3。 したがって、被曝を軽減するには、積極的な放射線防御技術が必要です。 さらに、最近の新型コロナウイルス感染症のパンデミックにより、モバイル X 線装置の使用が増加しています4。 国際放射線防護委員会 (ICRP) は、医療分野で使用される放射線は患者の利益のために使用されるべきであり、最適化されるべきであると規定しています5。

医療機関で使用される放射線シールド技術は、時間と距離に関連しています6。 一般に X 線シールドとしては、鉛粉末とゴムなどのポリマーで作られた鉛の板またはシートが使用されます7。 しかし、鉛はその毒性のため、鉛中毒や廃棄に関して問題を引き起こします。 そのため、医療機関で使用されるシールドは鉛フリー材料で製造されることが増えています8。 しかし、放射線を使用するほとんどの医療機器、消耗品、施設では、依然として遮蔽材として鉛が使用されています。 したがって、この問題を解決するには、鉛と同等のシールド性能を備えた、安価で環境に優しい鉛フリー材料の使用を拡大する必要があります。

通常、タングステン、酸化ビスマス、硫酸バリウム、ホウ素などの材料が鉛の代替品として使用されます9。 シールド性能を考慮すると、タングステンは最も有用な環境に優しいシールド材料です。 一般に、鉛代替シールド材料は無毒であり、柔軟性と加工性を備えている必要があります。 また、混合するポリマーとの親和性に優れた材料、あるいはシールド製造時の軽量化が可能な材料として提案する必要がある。 これらのシールド材で作製できるシールドの種類は板状、繊維状、シート状などがあり、プロセス技術に応じてプレス成形や射出成形により所望の形状に成形することが可能です。

繊維タイプのシールドは、シールド材料を含浸させた糸から織られます。 ただし、遮蔽性能は、織りの過程で糸の間に発生するピンホールによって制限されます。 したがって、ファイバーベースのシールドは主に二次 (または散乱) 放射線から保護するために使用されます10。 シート状のシールドは、ポリマーとシールド材を混合し、必要な厚さに圧縮して製造されます。 このプロセスで最も重要な要素は、シールド材を均一に分散させることです。 シールド材の分散プロセスはシールド性能の再現性に影響を与えるため、製造プロセスの標準化がなければ量産化が困難である11。

単一部品の板状シールドはシールド材を 100% 構成し、圧延プロセスを経て製造されます。 単一部品のプレート製造時にシールド材料としてタングステンを選択した場合、融点が高いため製造加工性が低くなります12。 したがって、単一コンポーネントのプレートシールド用のシールド材料の選択は限られています。 近年では、複合材料を用いることで板材に柔軟性を持たせ、遮へい壁などの材料として広く使用されている13。 医療機関で使用されるブロック、シリンジシールド、開口部などのシールドの他の用途の材料は、シールド材料とポリマーを混合して射出成形によって製造されます14。 金属粒子とポリマーの混和性は、複合材料の加工性とシールド性能に影響を与える重要な要素です。

エプロンは医療機関の代表的なX線遮蔽物で、衣服の形で製造され、医療従事者や医療従事者が着用します。 したがって、着用者の自由な動きやすさを確保するには、薄くて軽い形状で製造する必要があります。 現在販売されているX線遮蔽エプロンは、鉛換算0.25mmPb15の製品で2.85～3.15kgあり、着用者に身体的な負担がかかります。 遮蔽衣服の軽量化は、遮蔽材の密度と質量に直接関係するため、制限される可能性があります。 シートの厚みを薄くすることで着用者の機動性は向上しますが、シールド性能は低下します。 シールド性能を向上させる方法は、シールド材料の分散を制御することです。 入射 X 線エネルギーの減衰は、遮蔽材料粒子との相互作用によって発生しますが、放射線をより多くの粒子と相互作用させることで減衰を増大させることができます 16。 したがって、特に薄層複合構造の場合、シールド性能、軽量化、シールド性能の再現性の点で、シールド材の粒子分散技術が最も重要な要素となります。

自然界には、いくつかの種類の珍しい複合構造が見られます。 モルフォ蝶の羽はミクロサイズの多層の薄膜で構成されており、規則的な配列を示しています。 独特の表面構造により、青い光だけが反射され、蝶の羽は青く見えます17。 しわは左右のピラーに約 700 nm の間隔、高さ 2 μm で折り畳まれており、上下のしわの間隔は約 200 nm である18。 この研究では、蝶の羽の構造が X 線シールド内の粒子の分散のモデルとして使用されました。 韓国の建物の屋根に使われる瓦のように、何度も重ねて完成した模様です。 さらに、このパターンの再現性を維持するために、エレクトロスピニング法を使用して、同じ場所に同じ量のシールド材料を塗布しました。 シールド材には環境に優しいタングステン粉末粒子を使用しました。 タングステンは原子番号 74 を持ち、鉛 (19.25 g cm-3) よりも高い密度を持っていますが、シールドの厚さを薄くすることで軽量化が可能です 19。 そこで本研究では、これらの材料を基に蝶の羽のような模様を施したシールドのシールド性能を評価することを目的とする。

また、本研究では放射線遮蔽紙をできるだけ薄くして多層構造にし、粒子線との相互作用を誘発することで遮蔽性能を向上させることを目的としている。 製造されたシールド紙は、厚みが薄くなっているため、柔軟な積層構造で使用できます。 そこで本研究では、モルフォ蝶の羽の構造を利用して薄い遮蔽紙を製造するための新しい医療用放射線技術を報告する。 さらに、提案手法を用いることで、軽量の放射線遮蔽紙を量産することができ、医療従事者の安全性を向上させることができる。

放射線量を増やすべきだ。 シールド材の粒子分散技術は、これらの相互作用を高めることでシールド性能を向上させることができます。 したがって、ポリマーとタングステン粒子で構成される媒体の場合、シールド材料の単位面積あたりの質量との相互作用による入射エネルギーの強度の減少は、ベール・ランベルト方程式 20 によって計算できます。

ここで、 \({I}_{0}\) は入射光子強度、 \(I\) は減衰光子強度、 \(\rho \) (g cm−3) は密度、 \(\mu \)(cm−1) と \({\mu }_{m}\)(cm2 g−1) は、それぞれ線形減衰係数と質量減衰係数です。 シールドの厚さ \(d\)(cm) は、入射光線がシールド材料の粒子と相互作用する距離に対応します。 したがって、 \({d}_{m}\) (g cm−2) は遮蔽紙の単位面積当たりの質量となり、これを遮蔽の厚さに換算すると、式 (1)、(2) のように表すことができます。 (2)、(3):

ここで、 \({W}_{i}\) は \(i\) 番目の成分の重量比です21。 これは、単位面積あたりの質量を増やすには、放射線シールド内のシールド材料の数を増やす必要があることを意味します。 したがって、最小限の質量増加でシールド効果を高めるには、シールド材の単位面積を大きくする必要がある。 遮蔽紙の総原子断面積 \({\sigma }_{a}\)(cm2 g−1) は、質量減衰係数を使用して推定できます。 原子の数を計算すると、電子密度は次のように取得できます。

ここで \({N}_{A}\) はアボガドロ定数です。 したがって、電子断面積は次のように求めることができます。

ここで、\({Z}_{i}\)、\({f}_{i}\)、\(({\mu }_{m}{)}_{i}\)、および \({ A}_{i}\) は、それぞれ i 番目の成分の原子番号、モル分率、質量減弱係数、原子量です22。

遮蔽材粒子の分散性を高めるため、遮蔽紙の作製に新たな分散構造を採用しました。 遮蔽材料の分散は総原子断面積を広げるために実行され、モルフォ蝶の羽構造が最も効果的なモデルとして選択されました。 図1はモルフォ蝶の羽の多層構造をX線遮蔽に利用した様子を模式的に示しています。

モルフォ蝶の羽の拡大図とX線遮蔽への応用。

図2に示すように、モルフォ蝶の羽の表面は重なっており、断面から見ると多層の薄膜構造になっていることがわかります。 構造的には、翼の厚さ、屈折率、格子の周期性は、青色の波長のみを反射するように設計されています23。

モルフォ蝶の翅の拡大構造。

医療機関で使われるX線は回転率が低く、直進性が高いという特徴があります。 したがって、モルフォ蝶の羽構造と同様の多層シールドで遮蔽すれば、光子衝突部の断面積を広くすることができ、遮蔽効果が高まることが期待できる。 したがって、タングステンシールド材料をそのような構造にグラフトできれば、同じパターンをナノファイバーで実装できるため、構造の分散を利用してシールド性能を向上させることができます。

提案されたシールド構造には、タングステンとポリウレタンという 2 つの構成材料が含まれています。 シールド材料として、粉末タングステン (タングステン、W、99.9%、< 4 μm、NanGong XinDun 合金溶射株式会社、中国) を使用しました。 タングステン粉末を 5 分間粉砕し、その後 60 °C のオーブンで 24 時間乾燥させて粒子サイズを制御しました。 タングステンとともに使用されるポリマーは、タングステンと同じ条件で乾燥されたポリウレタン (PU、P-7195A、分子量 100,000 ～ 150,000、韓国、ソンウォン) でした。 Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、９９．５％、大中、韓国）を溶媒として使用してポリマーを溶解した。 シールド紙の調製には 2 つの溶剤が使用されました。 クロロホルム (95%、Duksan、韓国) を貧溶媒として使用して溶媒の揮発速度を制御し、DMF を使用してポリマーを溶解しました。 紡糸溶液の調製方法を図 3 に示します。まず、タングステンを 20 mL のガラス瓶に入れます。 続いて、５．１６５ｇのＤＭＦおよび２．７８５ｇのクロロホルムを加え、超音波粉砕機で１分間分散させ、マグネチックスターラー（実験室用スターラー／ホットプレート、ＰＣ－４２０、コーニング、メキシコ）を使用して６００ｒｐｍで混合した。 さらに、２．０５ｇのＰＵを添加し、１０分後、スターラーの速度を２２０ｒｐｍに下げ、ポリマーが完全に溶解して紡糸されるまで混合を１２時間以上続けた。

薄膜遮蔽紙の製造に使用する紡糸原液の調製。

シールド材の分散力を高めるため、図 4 に示すように、高電圧電源 (CPS-60K02VIT、Chungpa EMT Co.、韓国) で電圧を制御してエレクトロスピニングを 10 kV に維持しました。 、シリンジ ポンプ (シリンジ ポンプ、KDS100、SD Scientific Inc.、ホリストン、米国) からの流量が 1.0 mL h − 1 になるように回転速度を調整しました。このプロセスでは、シリンジの容量と採取距離が異なるため、タングステンの粒子重量がナノファイバーパターンの形成に影響を与えるため、シリンジを繰り返し移動させてナノファイバーパターンを形成した。

シールド材の分散力を高めるエレクトロスピニング法。

モルフォ蝶の羽の多層構造を再現するために、同じ方向性を維持するエレクトロスピニング技術が適用されました。 一般に、ナノファイバーマットは、収集ステップ中に一定の方向を持たずにナノファイバーを不規則に分散させることによって製造されます24、25。 しかし、一定の規則的な方向のパターン構造を有するナノファイバーを製造すると、放射線がナノファイバーの内部パターンを通過するときに、不規則なパターン構造に起因する誤差を低減することができる26、27。 さらに、規則的なナノファイバーパターンを適用すると、同じ量のシールド材でシールド内の緻密性を高めることができます。 図5に示すように、蝶の羽の構造（図5a）とポリマーパターンの構造（図5b）が一致することがわかりました。

シールド材をエレクトロスピニングして分散力を高めます。 (a) モルフォ蝶の羽の拡大画像、(b) エレクトロスピニングによって同じパターンを実装した結果。

最終的な遮蔽材の分散条件を表 1 に示します。エレクトロスピニングは、針と捕集板の間の距離を 13 ～ 15 cm、湿度 25 ～ 40%、温度 22 ～ 25 °C に維持して実行しました。 さらに、10 mL のエレクトロスピニング溶液を 1 mL ずつ 1 時間間隔でエレクトロスピニングしました。 製造された複合材料中のタングステン粒子の重量により、撹拌後のエレクトロスピニングの時間が短いほど、分散は良好になる。

さらに、ナノファイバーペーパーは、ヒートプレス（加熱プレス、DHP-2、Dad Heung Science、韓国）を使用して、温度40℃、圧力3000℃で10秒間の後処理プロセスを3回受けました。サイ。 この工程を５回繰り返し、厚さ０．１ｍｍの薄膜シールド紙を得た。 作製した薄膜シールド紙を電界放射型走査型電子顕微鏡（FESEM; S-4800、日立、日本）で観察し、分散度を分析しました28。 観察には、遮蔽材の粒子がどの程度よく分散しているか、およびポリマーパターンがモルフォ蝶の羽の構造にどの程度近いかという 2 つの異なる基準が使用されました。

遮蔽紙の遮蔽性能の評価は、図 629 に示す幾何学的条件に基づいて行われました。この実験で使用した医療放射線は、単一エネルギーである有効エネルギーに換算されました。 したがって、半値層 (HVL) を測定するには、減衰係数の法則 (\(I={I}_{0}{e}^{-\mu x}\)) から傾きを計算し、この傾きから線形減衰係数 \(\mu \) が得られ、HVL から 0.693/μ30 として計算されました。 さらに、上記で得られた HVL の単一エネルギーに対応する HVL と同じ値を持つ実効エネルギーをハッベルの質量減衰係数テーブルを用いて計算した31。 遮蔽紙の遮蔽率は \((1-\frac{W}{{W}_{0}})\times 100\)32 として計算されました。ここで \(W\) と \({W}_ {0}\) は、それぞれ X 線管と線量計の間に遮蔽紙を使用した場合と使用しない場合で測定された線量です。 さらに、X 線発生器 (東芝 E7239、150 kV–500 mA、1999、日本) を使用して実行された 10 回の測定の平均がこの目的に使用されました。 線量検出器にはイオンチャンバー (モデル PM-30、2019、米国) を使用しました。 なお、電離線量計を正確に測定するため、温度と気圧の補正係数は実験室温度22℃、1気圧で1.0であることを確認して使用した33。

シールド紙のシールド性能を評価するための実験装置。

作製した薄膜シールド紙は、ナノファイバーマットの製造方法と同様の工程で製造した。 遮蔽紙の内部に構築されたナノファイバーのパターンに一定の方向性があると放射線の吸収効果が高まるという報告に基づき、ナノファイバーのパターン構造をモルフォ蝶の翅の構造と同じに構成しました。エレクトロスピニングプロセス。 これにより、放射線と遮蔽材料の粒子が相互作用できる断面積を拡大し、遮蔽の密度を向上させることができます。

図 7 は、モルフォ蝶の羽と同じ多層構造を持つエレクトロスピニング紙の電子顕微鏡写真を示しています。 図7に示すように、遮蔽紙の断面パターンはモルフォ蝶の羽の構造と類似していた。 遮蔽紙の多層パターンは、エレクトロスピニング時の方向性を制御することにより、均一な多層構造で紡糸されました。

(a) モルフォ蝶の羽と (b) エレクトロスピニング紙の電子顕微鏡写真。

シールド紙の微細構造を図8に示します。ナノファイバーの方向性が互いに交差していることがわかりました。 タングステンを含有させる前に準備されたナノファイバーマットは、織物のように互いに交差する形で繰り返し実装されました。

エレクトロスピニングされたナノファイバーの最終的な微細構造。

図９に示すように、可撓性シールド紙の厚さは０．１ｍｍであった。 シールド紙の物理的特性を表 2 に示します。

遮蔽紙の外観 (a) は遮蔽紙の柔軟性を示し、(b) は製造された遮蔽紙の外観を示します。

ナノファイバーによるパターンは、一般に構造が複雑になればなるほどナノファイバーのロスが多くなるため、所望の形状にパターンを実現することが困難となる場合があります。 しかし、この研究では、タングステン金属粒子の重量を使用して回転距離を制御しました。 図10より、タングステン粒子が粒子の重量により繊維表面の端に付着し、多層形状を形成していることがわかります。 最終工程でタングステン粒子を熱圧着処理すると、ナノファイバーとタングステンの混和性が向上し、タングステン粒子が均一に分散されたことが確認できる。 密度は 2.463 g cm-3 と高く、単位面積では 0.641 kg m-2 でした。

シールド紙の断面電子顕微鏡写真。

作製したシールド紙のシールド性能を0.25mm鉛シールドと比較しました。 このために、遮蔽紙の層の数を 1 層から 3 層まで変化させ、X 線を使用してファントム手を画像化しました。 表 3 に、0.1 ～ 0.3 mm の標準鉛サンプル (純度 99.9%) のシールド性能を示します。 低エネルギー放射線の場合、0.3 mmPb が \(\ge \) 99% という最も高い遮蔽効率を示しました。

医療機関の X 線遮蔽用エプロンに使用されている鉛が 0.25 mmPb であることを考慮し、今回開発した遮蔽紙の遮蔽性能を 0.25 mm 鉛板と比較した結果を表 4 に示します。 ３枚を重ねて厚さ０．３ｍｍの遮蔽紙を得た。 0.25 mm 鉛板と重ねた遮蔽紙の遮蔽性能は、すべての有効 X 線エネルギーに対して約 2% 異なりました。 表5に1層、2層、3層のシールド紙のシールド性能を示します。 前回の実験と同様に、3 層シールド紙のシールド性能は 0.296 mmPb と同等でした。

遮蔽効果を視覚的に確認するため、人体と同じ吸収係数を持つハンドファントムを用いて、図11に示すように鉛シートと遮蔽紙のX線画像結果を比較しました。 図１１から明らかなように、３層シールド紙のシールド性能は０．２５ｍｍＰｂと同等であり、医療用途のシールドとして使用できることがわかる。

(a) 1 枚の遮蔽紙、(b) 2 枚の遮蔽紙、(c) 3 枚の遮蔽紙、(d) 0.25 mm 鉛板で覆われたファントム手の X 線画像。 (e) ファントム X 線の状態。

医療機関の放射線遮蔽は、患者と医療従事者の被ばくの安全を確保することを優先する必要があります。 しかし、現在提供されているシールド製品は、その重量によりユーザーの活動が困難になります。 そのため、軽量かつ環境に優しい製品の開発が必要となります。 シールドの同じ領域で同じシールド性能を維持しながら、シールド材料の密度を高めるためにさまざまな試みが行われてきました34。 シールド材料の原子番号は高くなければならないため、質量制限を克服することは困難です。 しかし、粒子分散技術と製造プロセスによりシールドの厚みをコントロールすることができ、重量の問題はある程度解決できます。

本研究では、粒子と放射線の相互作用を最大化する遮蔽材分散技術を検討した。 分散粒子が入射放射線と相互作用する場合、またはシールドの高密度により透過エネルギーが減衰する場合、入射エネルギーの強度は減衰します35。 この研究はモルフォ蝶の羽の構造にヒントを得て、その内部にタングステン粒子を分散させることで既存のシート型シールドよりも高いシールド効果が得られるのではないかと期待して行われた。 シールドを製造する際に、シールド材料の粒子とポリマーを混合した複合材料を使用する場合、シールドの厚さの制御には限界があります。 厚さを制御するための最も重要な要素は、ポリマーとシールド材料粒子の混和性です。 混和性が低いとポリマー材料とシールド材料が凝集し、シールドの厚さと均一性の制御が困難になります36。 本研究では、これらの問題を解決する手段としてエレクトロスピニング技術を用い、放射パターンに応じた遮蔽効果を確認した。 そこで、従来のタングステン粒子分散法に新技術を組み合わせることでシールドの厚みを薄くし、シールド効果を向上させました。

遮蔽シートの作製は遮蔽エプロンの製造において最も基本的な工程であり、遮蔽材の含有量は鉛換算で 0.25 mm のシートで 80 ～ 85 wt% 程度となる37。 また、含有量が上記値を超えると、シートの引張強度に問題が生じる。 そのため、製造される厚みは0.3～0.5mm程度に保たれます。 重量は約 2.80 ～ 2.914 kg m-2 で、遮蔽材の含有量はシートの重量にほぼ比例します。 このシート製造工程においては、高分子材料と遮蔽材とを撹拌する過程で粒子の配置が不均一となるため、遮蔽材粒子を均一に分散させることが困難である。 今回作製した遮蔽紙1枚の重さは0.641kg・m−2であり、3枚重ねると1.923kg・m−2となった。 これは、エプロン 1 枚を製造するのに必要な 1 平方メートルの遮蔽紙の重さが約 2 kg であることを意味します。 したがって、開発紙を用いてエプロンを製造すると、従来のエプロンに比べて約1kgの軽量化が可能となり、着用者の運動性をさらに向上させることができる。

ナノサイズのシールド粒子を使用することで、シールド服の厚さをさらに薄くすることができます。 しかし、ナノ粒子を用いてシールド繊維を製造する場合、コストの面で非効率であり、材料加工に制限があるため、大量生産が困難である38。 ナノサイズのシールド材粒子を高密度のゴムベースの材料と混合すると、シールド材を最大 90 wt% 含むことができます。 しかし、シールド材の含有量が多いため、シールドの軽量化には限界があります。 また、シールドを圧縮加工により製造すると、シールドの厚みを薄くすることができるが、シールドがフィルムの形態で製造されるため、柔軟性に問題がある。 したがって、シールド性能を確保するには、シールドの柔軟性、引張強度、重量、耐久性を考慮した量産技術の開発が必要である39。

この研究で紹介されたプロセスでは、タングステン粒子とポリマー材料が混合され、シリンジを介してエレクトロスピニングが実行されました。 この加工技術を多数のシリンジを設置して実施すれば、全てのサンプルで同様のシールド効果が得られるため、シールドの量産性やシールド性能の再現性を確保することができる。 また、ナノサイズの粒子ではなく、マイクロサイズのシールド材粒子を使用できるため、経済性の面でも効果的です。

前述したように、紙の遮蔽性能は紙の厚さを操作することで制御でき、紙の密度は温度と圧力（紡糸条件）を変えることで制御できます。 ただし、シールド効果を高めるために過度の圧力や温度を加えると、シールドの柔軟性が失われる可能性があります。 また、シールドの製造工程においてシールド材の含有量を増やすことも可能ですが、紡糸原液を紡ぐ距離によってシールドの密度に差が生じるため、繊細な技術が必要となります。 特にシールドを量産する場合には、同等のシールド性能を再現するために、この条件の設計がより重要となります。

加工条件を制御することにより、さまざまな用途に適したさまざまな構造を製造できます。 例えば、放射線源から1.5mの距離で間接的な医療放射線（散乱放射線）に対する放射線遮蔽服としても使用できます。 さらに、この材料は手術用手袋などの医療製品の製造にも使用できる可能性があります40。 100 mSv 未満の低線量放射線遮蔽にこの遮蔽紙を使用すると、医療スタッフと患者の保護に効果がある可能性があります41。 タングステン以外の遮蔽材を使用すれば、乗組員用防護服や航空遮蔽用帽子など、日常生活に必要な宇宙放射線遮蔽用製品の開発に貢献できます。 シールドの厚さと重量は、宇宙放射線を遮蔽する上で重要な要素です。 結果は、提案されたプロセスを使用して開発された材料が効果的なシールド挙動を示すことを示しています。 したがって、本研究で提示したプロセス技術を用いることで、ユーザーの活動を保証するさまざまな防護服の製造が可能となります。

医療機関で使用される放射線遮蔽物の軽量化を図るため、モルフォ蝶の羽の模様を施したナノファイバーから遮蔽紙を作製した。 遮蔽材の粒子を多層に分散させると、光子衝突断面積を増大させながら遮蔽材の厚さを薄くすることができ、粒子線の強度を効果的に減衰させることができる。 今回製作したシールド紙は、既存のエプロンシールドの素材であるシートと比較して約45％の軽量化を実現した。 また、シールド紙を 3 枚重ねた場合（合計厚み 0.3 mm）のシールド性能は、同じ厚さの鉛シートを使用した場合と同等でした。 したがって、本研究のプロセスで製造されたシールド紙は、医療機関向けのさまざまな軽量シールドやシールドスーツの開発に使用できる可能性があります。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文 (およびその補足情報ファイル) に含まれています。

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この研究は、韓国政府 (MEST) の資金提供を受けた韓国国立研究財団 (NRF) 助成金によって支援されました (NRF. 2020R1I1A3070451)。

韓国、大邱、啓明大学医学部生体医工学科

キム・ソンチル

韓国、大邱、啓明大学化学工学部

ピョン・ホンシク

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SCK は実験を設計および実行し、データを分析し、原稿を編集しました。 HSB は実験を計画し、原稿を書きました。

キム・ソンチル氏への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Kim, SC.、Byun, H. モルフォ蝶の羽構造のナノファイバーモデリングによる極薄放射線遮蔽紙の開発。 Sci Rep 12、22532 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-27174-y

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受信日: 2022 年 11 月 3 日

受理日: 2022 年 12 月 27 日

公開日: 2022 年 12 月 29 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27174-y

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