闪烁的科学：研究人员改进辐射探测和成像技术的材料

佛罗里达州立大学的一个研究小组进一步开发了新一代有机-无机杂化材料，可以提高X光机、CT扫描和其他辐射检测和成像技术的图像质量。

化学与生物化学系的Biwu Ma教授和他的同事开发了一类新的材料，可以作为高效的闪烁体，在暴露于其他形式的高能辐射(如X射线)后发光。

该团队的最新研究发表在Advanced Materials上，是对他们之前开发更好闪烁体的研究的改进。新的设计理念生产出可以在纳秒内发光的材料，比以前开发的材料快几个数量级，从而实现更好的成像。

“将闪烁体的放射性发光衰变寿命降低到纳秒是一个重要的突破，”马说。“使用由有机和无机成分组成的混合材料意味着每种成分都可以用于最有效的工艺部分。

为什么这很重要?

闪烁体用于各种成像应用。医疗保健环境、安全X射线、辐射探测器和其他技术使用它们，并将受益于更好的图像质量。

马云团队开发的新一代有机金属卤化物混合闪烁体对现有闪烁体有许多改进。除了明显更好的放射发光响应外，制造工艺比其他闪烁体使用的工艺更简单，并且使用丰富而廉价的材料。

这个闪烁体有什么不同?

将闪烁体想象成两种能量之间的翻译器，采用高能辐射的形式，例如X射线，并将其转换为可见光。通过物体较密集部分的辐射较少，这种差异可用于区分高密度物体(如骨骼或金属)和低密度物体(如软组织)。穿过物体的辐射然后与闪烁体相互作用，闪烁体产生可见光，传感器检测到该可见光以生成图像。

今天的闪烁体主要使用无机材料将高能辐射转化为可见光以产生图像。这些材料是刚性的，使用稀土元素，并且需要耗能的高温制造工艺。

马和他的团队一直在研究零维有机金属卤化物杂化物，自2018年以来，他们一直在进行开创性的研究。这些有机-无机杂化物由一小群带负电荷的无机成分(称为金属卤化物簇)和带正电荷的有机分子组成。它们在分子水平上是“零维”的，因为金属卤化物簇被完全隔离并被有机分子包围。

在基于这种材料的闪烁体的第一个版本中，金属卤化物吸收高能辐射并发出可见光。在最新的迭代中，金属卤化物成分和有机分子协同工作。金属卤化物吸收高能辐射并将能量传递给发出可见光的有机成分。

有机分子的光发射以纳秒为单位，比金属卤化物发光所需的微秒或毫秒要快得多。

“放射性发光的衰减越快，我们就越能精确地测量光子发射的时间，”马说。“这导致图像的分辨率和对比度更高。

下一步是什么?

在FSU商业化办公室的帮助下，Ma和他的团队已经申请了有机金属卤化物混合闪烁体的专利。该办公室的GAP商业化投资计划为开发与私营公司建立潜在合作伙伴关系的技术提供了资金，这将使闪烁体在更大范围内可用。

“这是我们多年来推动更好材料的延续，从2018年我们首次发现这类材料到2020年我们首次使用它们进行闪烁，”马说。“这是又一个重大突破。