稳定的低成本有机基材料可以通过改进制造方法和提供可靠的高分辨率成像结果来改变X射线成像。现在，KAUST的研究人员已经开发出一种新方法来设计和构建这种用于检测低剂量X射线的高性能闪烁体材料。

有机材料有望改善X射线成像

闪烁体是一种材料，当受到X射线等高能电离辐射照射时，它会吸收能量并将其中的一些能量重新发射为低能可见光。闪烁体广泛用于多种应用中的X射线成像屏幕，从机场安全扫描仪到医学射线照相。然而，大多数现有的闪烁体是由陶瓷或钙钛矿材料制成的，这些材料通常是在恶劣的条件下制造的，并且在暴露于光和空气中时会随着时间的推移而出现稳定性差的问题。

“基于有机的闪烁体具有固有的优势，例如低毒性、高机械灵活性、低成本和直接大规模生产，”KAUST的Jian-XinWang说，他在OmarMohammed和合作伙伴的监督下从事该项目工人。“然而，平衡有机闪烁体的X射线吸收能力、激子利用效率和光致发光量子产率已被证明具有挑战性。”

迄今为止，有机闪烁体材料一直受到它们可以自然吸收的小范围X射线频率的阻碍。然而，Wang和他的同事们意识到，随着掺入元素原子序数的增加，X射线吸收应该会急剧增加。特别是，该团队假设在闪烁体材料中添加重原子可以解决这个问题。由于光电效应，X射线光子可以与重原子有效相互作用——在辐射激发下发射电子。

“我们使用了一种简单的分子工程策略来设计新型有机闪烁体，”Wang说。“我们首先将氯、溴或碘引入热激活延迟荧光(TADF)发色团。然后我们观察了这些重原子如何改变所产生的X射线图像的效率和分辨率。”

TADF发色团很有用，因为它们以激子的形式存在于激发的量子“三重态”中——当高能X射线光子被吸收时产生的电子和电子空穴的束缚态，“将电子从其洞。”当发色团吸收热能时，三重态转变为单重态。然后它们可以去激发到基态并在称为延迟荧光的过程中发光。

“这意味着，由于最小化的单重态-三重态能隙，TADF发色团可以利用暴露于X射线辐射时产生的单重态和三重态激子，”Wang说。“这极大地提高了闪烁体的激子利用效率，进而提供更高的X射线空间成像分辨率和超低检测灵敏度，”Mohammed说。

到目前为止，使用掺杂重原子的闪烁体制造屏幕的技术已被证明是成功的。该团队使用TADF-Br(溴)生色团制成的闪烁体之一超过了大多数报道的有机和有机金属闪烁屏的分辨率。

“这些制造的屏幕提供了一种强大的设计方法和有前途的新替代材料，可用于制造具有出色灵敏度、低成本和高稳定性的X射线成像闪烁体，”Mohammed说。

相关研究发表在《自然光子学》和《物质》杂志上。

该团队目前正在制造一种便携式X射线传感器，该传感器配备用于高分辨率医学成像(包括牙科检查和健康检查)的制造屏幕。他们的设计还可以推动微型可穿戴X射线设备的发展。