用于实时动态X射线成像的卤化有机玻璃闪烁体

《Science China-Chemistry》：Halogenated organic glassy scintillators for real-time dynamic X-ray imaging

基于卤素修饰的有机玻璃态闪烁体实现高效动态X射线成像，其通过引入溴原子增强X射线吸收与超分子相互作用，形成高透明玻璃态（>92%），展现出110% Bi4Ge3O12的辐射发光强度、6ns超快响应及120nGy·s?1低检测限，成功应用于实时高清动态成像，为高性能有机闪烁体设计提供新策略。

　　

摘要

纯有机闪烁体通常由于缺乏高原子序数元素而具有有限的X射线吸收能力，这严重限制了它们的辐射发光（RL）性能，并使得动态X射线成像变得困难。为克服这一限制，研究人员将卤素原子引入基于马来酰亚胺的荧光分子中，从而开发出一种新型的纯有机玻璃状闪烁体，该闪烁体具有增强的X射线吸收能力和优异的成膜性能。与非卤化的1-丁基-3,4-二苯基-1H-吡咯-2,5-二酮（PAM）相比，溴化衍生物3,4-双(4-溴苯基)-1-丁基-1H-吡咯-2,5-二酮（PAM-4Br）表现出更强的超分子相互作用，有助于形成高光学透明度的均匀非晶玻璃（在550–800纳米波长范围内透明度超过92%）。此外，PAM-4Br玻璃由于溴的重原子效应，其闪烁效率显著提高，其辐射发光强度达到了Bi₄Ge₃O₁₂的110%，响应时间仅为6纳秒，检测限低至120纳戈瑞每秒（nGy s^?1）。这种高透明度的玻璃状闪烁体不仅在静态X射线成像下能够实现0.28的调制传递函数（MTF，对应30.0线对毫米^?1的分辨率），还成功支持实时高清动态X射线成像。它为高性能有机玻璃状闪烁体的分子设计提供了一种策略，为先进的X射线成像技术开辟了新的途径。

纯有机闪烁体通常由于缺乏高原子序数元素而具有有限的X射线吸收能力，这严重限制了它们的辐射发光（RL）性能，并使得动态X射线成像变得困难。为克服这一限制，研究人员将卤素原子引入基于马来酰亚胺的荧光分子中，从而开发出一种新型的纯有机玻璃状闪烁体，该闪烁体具有增强的X射线吸收能力和优异的成膜性能。与非卤化的1-丁基-3,4-二苯基-1H-吡咯-2,5-二酮（PAM）相比，溴化衍生物3,4-双(4-溴苯基)-1-丁基-1H-吡咯-2,5-二酮（PAM-4Br）表现出更强的超分子相互作用，有助于形成高光学透明度的均匀非晶玻璃（在550–800纳米波长范围内透明度超过92%）。此外，PAM-4Br玻璃由于溴的重原子效应，其闪烁效率显著提高，辐射发光强度达到了Bi₄Ge₃O₁₂的110%，响应时间仅为6纳秒，检测限低至120纳戈瑞每秒（nGy s^?1）。这种高透明度的玻璃状闪烁体不仅在静态X射线成像下能够实现0.28的调制传递函数（MTF，对应30.0线对毫米^?1的分辨率），还成功支持实时高清动态X射线成像。它为高性能有机玻璃状闪烁体的分子设计提供了一种策略，为先进的X射线成像技术开辟了新的途径。