適用於下一代醫療和工業應用3D物件的新型柔性奈米晶體X射線感測器

適用於3D物件成像的柔性X射線探測器的圖示。它由嵌有發光奈米粒子的透明聚合物薄片組成。

X射線成像已廣泛用於醫療保健和法醫學等領域，但是現有的X射線機無法以高解析度捕獲彎曲的三維（3D）物件，而且價格也相對昂貴。

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，可以透過使用可捕獲X射線的奈米晶體來克服這些侷限性。該研究是由福州大學和香港理工大學的合作者進行的，不僅可以用於醫療保健，還可以用於檢測電子裝置中的缺陷，鑑定有價值的藝術品或在微觀範圍內檢查考古物體。

研究結果發表在2021年2月17日的著名《自然》雜誌上。

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，其中每個畫素都有自己的積體電路。這使畫素笨重並限制了檢測器的解析度。而且，它不能準確地捕獲彎曲物體的影象，並且電路也可能變得很熱。

由新加坡國立大學化學系的劉曉剛教授領導的研究小組創造了特殊的奈米晶體，它們在暴露於X射線後會發光。這種現象稱為永續性放射發光，也被用於發光鐘面，但材料不同。

created摻雜的氟化sodium鈉的新建立的X射線敏感奈米晶體（直徑約25奈米）的影象。

科學家們拿出了一種叫做氟化鈉的微小晶體，並將稀土元素ter的原子引入了這些晶體。此過程稱為摻雜，通常用於半導體制造中以改變物質的電學性質。然後，他們將改性的奈米晶體嵌入矽橡膠中，從而產生了一種高度靈活的X射線檢測器，可以將其包裹在3D物體周圍。

嵌入晶體的小橡膠比人的頭髮（直徑約30微米）具有更高的解析度。此外，摻nano奈米晶體對X射線的敏感性增強，並且保持發光超過兩個星期。這樣可以在加熱後的兩週內隨時恢復記錄的影象。研究小組的研究表明，X射線會導致原子位移併產生電子，這些電子會緩慢地"跳躍"透過晶體支架，朝向towards離子，從而導致長時間的發光。

使用浸有X射線敏感奈米晶體的柔性矽橡膠感測器對彎曲的電子電路板的內部進行成像。

以前所未有的細節看到無形

研究人員先前已經發現了其他持久性發光磷光體。但是，這些感測器要麼對X射線靈敏度低，要麼難以在奈米級製造，因此不適合用於靈活的探測器製造。

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。我們報告的技術可能為成像高度彎曲的3D物件提供急需的解決方案，並支援即時醫療X射線檢測器和靈活的X射線乳腺攝影裝置的開發。"