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我国学者与海外合作者研发出高分辨X射线发光扩展成像新技术
2021年02月19日    作者: 王春霞 杨俊林    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(项目编号:21635002、21771135、21771156)等资助下,福州大学杨黄浩/陈秋水教授研究团队与新加坡国立大学刘小钢教授和香港理工大学黄勃龙教授团队合作,在高分辨柔性X射线成像技术研究方面取得重要进展。相关研究成果以“High-resolution X-ray luminescence extension imaging”(高分辨X射线发光扩展成像)为题于北京时间2021年2月18日在线发表于《自然》杂志(Nature, 2021, 590, 410-415)。

(论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03251-6)。

医学影像设备元器件与光刻机、芯片、航空发动机等在2018年一并被《科技日报》列为“卡住中国脖子的35项技术”。其中,X射线影像技术在医学诊断、安全检查、工业无损探伤上具有广泛而重要的应用。目前,大多数X射线平板探测器需要集成薄膜晶体管阵列(TFT)、非晶硅光电转换层和闪烁体。但制造大面积、柔性的薄膜晶体管阵列和非晶硅光电转换层仍存在巨大的技术挑战,因此难以实现柔性平板探测器的制造,而使用刚性的平板探测器无法实现曲面或者不规则目标物的三维X射线成像。

为攻克这一关键技术瓶颈,该合作研究团队设计和合成了高性能纳米闪烁体,并结合光谱技术、电子顺磁共振表征、热释光学曲线分析、密度泛函理论计算、同步辐射技术研究了晶格缺陷的本质,阐释了高能量X射线光子诱导缺陷产生长余辉发光的机理。该发光机制的建立对新型卤化物长余辉材料的探索与合成具有指导意义。

研究表明,稀土纳米闪烁体具有无色透明、分散性良好、余辉性能优异等特点。因此,研究团队将其与柔性基底相结合,制备出透明、可拉伸、无需电子电路的柔性X射线成像设备。实现了高分辨、柔性的全景X射线成像,其成像空间分辨率大于20 lp/mm,相比传统平板探测器具有明显优势。

该研究为制备新一代柔性X射线成像设备提供了新的思路和途径。基于纳米闪烁体的柔性X射线成像设备具有制备工艺简单、便携、成本低、成像性能优异等优势,在可穿戴X射线探测器、乳腺成像、牙科全景成像、工业探伤、高能物理等领域展现出巨大的潜力和应用价值。目前我国的高端X射线影像设备及关键零部件主要依赖进口。该成像技术有望突破国外的技术限制,推进高端X射线影像装备的国产化。

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图1. 高分辨X射线发光成像

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