X射線成像技術(shù)在疾病診斷與設(shè)備檢修方面應(yīng)用廣泛。
X射線成像的基本原理是利用被檢測(cè)物體對(duì)X射線的吸收，通過(guò)接收透過(guò)的X射線顯影而呈現(xiàn)出被照射物體的輪廓及內(nèi)部。
將高能X射線吸收并轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光是顯影的關(guān)鍵過(guò)程。閃爍體(scintillator)便是一類吸收X射線后可發(fā)出可見(jiàn)光的物質(zhì)。
目前使用的閃爍體，如鉈摻雜碘化鈉(NaI:Tl)、鉈摻雜碘化銫(CsI:Tl)、硒酸鉍(Bi4Ge3O12)等，都是無(wú)機(jī)物晶體。合成這些材料需要高溫(近1700 °C)，并且它們極易受潮而失效。
有無(wú)可能替代這些傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)閃爍體呢?
有機(jī)物一直認(rèn)為并非是制備閃爍體的優(yōu)良材料，因?yàn)榻M成有機(jī)物的原子大多為輕原子，其X射線吸收效率不高。然而近日，天津大學(xué)胡文平教授課題組聯(lián)合美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授，在Advanced Materials報(bào)道了一種高效有機(jī)閃爍體材料——9,10-二苯基蒽(9,10-diphenylanthracene)，一舉打破了有機(jī)物不適用于閃爍體的陳見(jiàn)。
【文章要點(diǎn)】
1、作者們通過(guò)在65 °C下進(jìn)行的溶液析晶過(guò)程制備出厘米級(jí)9,10-二苯基蒽單晶(圖1)。這種單晶結(jié)構(gòu)屬單斜晶系，日光照射下呈淡黃色，X射線照射下呈明亮的天藍(lán)色(中心波長(zhǎng)463 nm)。
圖1. 9,10-二苯基蒽單晶照片及其分子結(jié)構(gòu)示意圖。圖源：Adv. Mater.
2、9,10-二苯基蒽單晶吸收X射線后的發(fā)光涉及分子整體結(jié)構(gòu)的直接變化(圖2a)。而無(wú)機(jī)物閃爍體發(fā)光過(guò)程需要吸收X射線后產(chǎn)生激子，依靠激子在晶格內(nèi)部傳導(dǎo)至發(fā)光中心而發(fā)光。因此，9,10-二苯基蒽發(fā)光效率更高、響應(yīng)更快。例如，9,10-二苯基蒽發(fā)光的衰減時(shí)(decay time)僅1.63 ns(圖2b)，而CsI:Tl為近1000 ns(越大則響應(yīng)愈慢)。可見(jiàn)，并非是有機(jī)物自身不適用于閃爍體，而是需要找到合適的分子結(jié)構(gòu)。
圖2. (a)9,10-二苯基蒽單晶吸收X射線后發(fā)光機(jī)理示意圖及(b)發(fā)光強(qiáng)度衰減曲線。圖源：Adv. Mater.
3、9,10-二苯基蒽發(fā)光效率(圖3a)和晶體結(jié)構(gòu)(圖 3b)在常規(guī)環(huán)境下穩(wěn)定，無(wú)需嚴(yán)密封裝保護(hù)，減少了成像成本與復(fù)雜度。
圖3. 9,10-二苯基蒽單晶的(a)發(fā)光穩(wěn)定性和(b)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。圖源：Adv. Mater.
4、利用9,10-二苯基蒽閃爍體的X射線成像清晰，分辨率高于20.00 lp/mm(圖4)。
圖4. 利用9,10-二苯基蒽單晶X射線成像效果。圖源：Adv. Mater. 
