Materiales compuestos libres de plomo para su uso en protección radiológica 

Luis Alfonso García Cerda, Adriana Guadalupe Nuñez Briones y Roberto Benavides Cantú (Centro de Investigación en Química Aplicada, CIQA)

En el área de rayos X en hospitales del Sector Salud, la protección radiológica mediante el uso de diversos aditamentos (como guantes, protectores gonadales, ováricos, testiculares, collares de tiroides, delantales y lentes) es de vital importancia para garantizar a trabajadores y pacientes una protección adecuada ante cualquier exposición innecesaria a radiaciones ionizantes. Estos aditamentos protectores tienen como objetivo principal reducir, hasta donde sea razonablemente posible, los riesgos que implica el uso de materiales radiactivos o dispositivos generadores de radiación ionizante.

Las medidas básicas de protección radiológica se basan en tres factores: distancia, tiempo y blindaje, los cuales determinan la exposición total que una persona recibe en un campo de radiación; cuando los dos primeros factores no son suficientes, es necesario interponer un material atenuador que actúe como blindaje [1].

Tradicionalmente, el plomo ha sido el material más utilizado para este propósito, siendo empleado en paredes, pinturas, aditamentos protectores, etcétera; este elemento proporciona las mejores características como atenuador de rayos X y radiación gamma, ya que los fotones de este tipo de radiaciones son absorbidos en mayor cantidad por materiales densos y compuestos por átomos pesados [2].

Sin embargo, recientemente ha surgido una alta preocupación debido a que una exposición prolongada a materiales a base de plomo podría llevar a una intoxicación, ocasionando serios problemas de salud en el ser humano Además de su toxicidad, estos materiales para aplicaciones de protección radiológica también son muy pesados, por lo que un uso constante de los mismos podría ocasionar problemas de salud adicionales, como deformaciones óseas debido al peso de esos aditamentos protectores [1]. Debido a las razones ya expuestas, los materiales a base de plomo están siendo cada vez menos utilizados. En la Tabla 1 se presenta el espesor equivalente en plomo que deben tener los aditamentos protectores indispensables para protección radiológica [3].

A partir de lo anteriormente expuesto sobre el uso de plomo en protección radiológica y sus consecuencias en la salud del personal y pacientes en áreas radiológicas, desde hace tiempo nuestro grupo de investigación en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) ha realizado esfuerzos para el desarrollo de nuevos materiales compuestos libres de plomo para la fabricación de blindajes contra la radiación que otorguen una protección adecuada al operador de los equipos radiológicos, así como a las personas que están siendo revisadas a manera de diagnóstico.

Estos nuevos materiales deben ser escudos suficientemente eficaces para absorber la mayor parte de la radiación electromagnética y evitar que penetre en otro medio (en este caso, el cuerpo humano). Las principales características que se buscan en estos nuevos materiales alternativos para blindaje de radiación ionizante son ligereza, flexibilidad, comodidad y no toxicidad.

Al día de hoy, hemos desarrollado materiales compuestos a base de policloruro de vinilo (PVC) plastificado reticulados con radiación gamma para mejorar sus propiedades mecánicas y que constituyen una buena opción para el diseño de nuevos materiales de blindaje contra la radiación, libres de plomo, flexibles, ligeros, no tóxicos y potencialmente capaces de atenuar radiación electromagnética de manera significativa. Como material atenuador se ha utilizado óxido de bismuto (Bi2O3) y óxido de tantalio (Ta2O5), sintetizados en nuestros laboratorios, así como carburo de tantalio (TaC) comercial [4].

En la Figura 1a se presenta el montaje experimental para la medición de la atenuación de rayos X, que consiste de un equipo de rayos X y un detector de radiación de estado sólido. Así mismo, la Figura 1b muestra una imagen radiográfica tomada a una tensión de 50 kV, para materiales compuestos de PVC-Bi2O3 en diferentes composiciones en peso (% peso) y diferentes espesores; se aprecia, a través de los tonos de gris, que la atenuación de rayos X es buena para las composiciones de PVC-Bi2O3 de 70-30 y 50-50 %peso, teniendo cierta similitud a la correspondiente del plomo, observándose un mejor resultado para los materiales que tienen un espesor de 3 mm.

Figura 1. (a) Montaje experimental para la medición de la atenuación de rayos X. (b) Imagen radiográfica de los materiales compuestos de PVC-Bi2O3 con diferentes composiciones en peso y diversos espesores. 

Estos materiales son una excelente alternativa para su aplicación como escudos en el caso de la radiación a bajas energías en las áreas dental y de mastografía, principalmente. El uso de PVC como matriz y nanopartículas inorgánicas, en proporciones menores a las cargas de plomo, da como resultado la obtención de un material flexible y tenaz, el cual a su vez es menos denso y pesado que los materiales tradicionalmente utilizados en base a plomo o sus compuestos.

La colaboración interdisciplinaria con otros investigadores e instituciones está abierta en nuestro grupo de investigación con el fin de explorar nuevos materiales y sus aplicaciones potenciales. Se puede solicitar más información mediante contacto directo a nuestros correos electrónicos.

Agradecimientos

Al Centro de Investigación en Química Aplicada, por el apoyo de la infraestructura para el estudio de estos materiales. Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ). Al Hospital Universitario de Saltillo (HUS), por el acceso al área de radiología y al equipo de rayos X, con la asesoría de la maestra en ciencias Cinthia Kotzian Pereira Benavides. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), por la beca otorgada para los estudios de doctorado de la doctora Adriana Guadalupe Nuñez Briones.

Bibliografía

[1] S. Nambiar, E.K. Osei, J.T.W. Yeow, Polymer nanocomposite-based shielding against diagnostic X-rays. Journal of Applied Polymer Science 127 (6), (2013) 4939–4946.

[2] I.M. Low, N.Z.N. Azman, Polymer Composites and Nanocomposites for X-Rays Shielding; Springer, Singapore, (2020).

[3] NOM-229-SSA1-2002, Salud Ambiental. Requisitos técnicos para las instalaciones, responsabilidades sanitarias, especificaciones técnicas para los equipos y protección radiológica en establecimientos de diagnóstico médico con rayos X. Diario Oficial, 15 de septiembre de 2006.

[4] A.G. Nuñez Briones. Preparación y caracterización de materiales compuestos para su uso en blindaje de rayos X. Tesis de doctorado, Centro de Investigación en Química Aplicada (2020).

Autores

El doctor Luis Alfonso García Cerda y el doctor Roberto Benavides Cantú son, respectivamente, investigadores del Departamento de Materiales Avanzados y del Departamento de Transformación de Plásticos en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), ubicado en Saltillo, Coahuila. Por su parte, la doctora Adriana Guadalupe Núñez Briones es egresada en el año 2020 del Programa de Doctorado en Tecnología de Polímeros del CIQA y actualmente es docente en la Facultad de Sistemas de la Universidad Autónoma de Coahuila (UAdeC).

Contacto

Doctor Luis Alfonso García Cerda: luis.garcia@ciqa.edu.mx; doctor Roberto Benavides Cantú: roberto.benavides@ciqa.edu.mx; doctora Adriana Guadalupe Nuñez Briones: adriananuñez@uadec.edu.mx.

Crédito de las ilustraciones

Tabla e ilustración proporcionadas por los autores y la autora.

Palabras clave

Protección radiológica, materiales compuestos, nanotecnología

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