阿卜杜拉国王科技大学
KAUST研究人员开发了一种高效且无重吸收的有机X射线成像闪烁体，在医学射线照相和安全筛查应用中具有巨大潜力
信用:KAUST埃拉·马鲁什琴科 纳米复合材料可以吸收x光，然后以近乎完美的效率将捕获的能量以光的形式重新发射出去，这有助于提高高分辨率医学成像和安全筛查
这种材料近乎100%的能量转移可以提高从发光二极管和x光成像闪烁器到太阳能电池的设备效率
在医学成像过程中，穿过身体的X射线被闪烁体材料吸收，闪烁体材料将X射线转换成光，供数码相机类型的传感器捕获
领导这项工作的奥马·默罕默德实验室博士后王建新说:“迄今为止，高性能闪烁体主要由需要苛刻和昂贵制备条件的陶瓷组成，或者由空气和光稳定性差、毒性高的钙钛矿材料组成。”
相比之下，有机闪烁体材料具有良好的可加工性和稳定性，但是由于其组成原子的低原子量和有限的X射线吸收，成像分辨率和检测灵敏度较低
默罕默德和他的同事们现在已经通过将有机闪烁体与金属-有机框架(MOF)结合来改进有机闪烁体的X射线捕获，这种金属-有机框架是Zr-fcu-BADC-MOF，在高度有序的结构中结合了高原子量的锆
当纳米复合材料的MOF层被X射线击中时，激子——由带负电荷的电子和带正电荷的空穴组成的激发对——就产生了
借助于它们之间的超短距离，这些能量载体很容易从MOF转移到有机TADF发色团，并且能量以光的形式发射
对于纳米复合材料的整体效率至关重要的是，无论激子的形式如何，TADF发色团都会发光
“单重态”激子导致直接发光，并且TADF发色团容易将非发射性“三重态”激子转化为发射性单重态
“直接利用TADF发色团的单重态和三重态激子极大地增强了它的放射发光强度和X射线灵敏度，”王说
王补充说，由于纳米复合闪烁体将能量从x光几乎100%有效地转化为光，它的成像分辨率低至几百微米，检测极限比典型的x光医学成像剂量低22倍
当研究小组采用一种密切相关的策略时，这个概念得到了证实，该策略表明TADF发色团也可以与钙钛矿纳米片结合，产生具有优异的X射线成像闪烁体性能的纳米复合材料
同样，层与层之间的超短距离实现的有效能量转移，以及TADF发色团直接使用单线态和三线态激发态，是关键
在这种情况下，材料的检测极限得到了更大的提高，比典型的x光医学成像剂量低了142倍
“我们的能量转移战略将有机X射线成像闪烁体从一个几乎死气沉沉的研究领域提升到放射和安全筛查领域最激动人心的应用之一
它也适用于其他光转换应用，包括发光二极管和太阳能电池，”穆罕默德说
“我们计划在将大规模X射线成像闪烁体推向市场之前，进一步提高其性能
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