適用于3D對象成像的柔性X射線探測器的圖示。它由嵌有發光納米粒子的透明聚合物薄片組成。

X射線成像已廣泛應用于醫療保健和法醫學等領域，但現有的X射線機無法捕獲高分辨率的彎曲三維(3D)對象，而且比較貴。現在，由新加坡國立大學(NUS)化學家領導的國際研究人員團隊展示了一種潛在的解決方案，可以通過使用可捕獲X射線的納米晶體來克服這些局限性。

該研究是由福州大學和香港理工大學的合作者進行的，不僅可以用于醫療保健，還可以用于檢測電子設備中的缺陷，鑒定有價值的藝術品或在微觀范圍內檢查考古物體。

研究結果發表在2021年2月17日的著名《自然》雜志 上。

一塊可檢測X射線的橡膠

在當前的機器中，X射線檢測器是一個平板，其中每個像素都有自己的集成電路。這使像素笨重并限制了檢測器的分辨率。而且，它不能準確地捕獲彎曲物體的圖像，并且電路也可能變得很熱。

由國大化學系的劉曉剛教授領導的研究小組創造了特殊的納米晶體，它們在暴露于X射線后會發光。這種現象稱為持久性放射發光，也被用于發光鐘面，但材料不同。

科學家們拿出了一種叫做氟化鈉的微小晶體，并將稀土元素鋱的原子引入了這些晶體。此過程稱為摻雜，通常用于半導體制造中以改變物質的電學性質。然后，他們將改性的納米晶體嵌入硅橡膠中，從而產生了一種高度靈活的X射線檢測器，該檢測器可以包裹在3D物體周圍。

嵌入晶體的小橡膠比人的頭發(直徑約30微米)具有更高的分辨率。此外，摻鋱納米晶體對X射線的敏感性增強，并且保持發光超過兩個星期。這樣可以在加熱后的兩周內隨時恢復記錄的圖像。研究小組的研究表明，X射線會導致原子位移并產生電子，這些電子會緩慢地“跳躍”通過晶體支架，朝向towards鋱離子，從而導致長時間的發光。

研究人員先前已經發現了其他持久性發光磷光體。但是，這些傳感器要么對X射線靈敏度低，要么難以在納米級制造，因此不適合用于靈活的探測器制造。

在其團隊的最新成果中，劉教授說：“過去幾年，包括我們在內的許多研究小組一直在應對X射線成像方面的挑戰。我們報告的技術能為成像高度彎曲的3D對象提供急需的解決方案，并支持即時醫療X射線檢測器和靈活的X射線乳腺攝影設備的開發。”