Die Röntgendetektion ist in verschiedenen Anwendungen von großer Bedeutung, wie z. B. der Strahlungsdetektion, der medizinischen Diagnose und der Sicherheitsinspektion. Ein beliebter Weg zur Röntgendetektion besteht darin, einen Fotodetektor mit einem lumineszierenden Material namens Szintillator zu integrieren, das Energie in Form von Licht emittiert. Szintillatoren können hochenergetische Röntgenphotonen in niederenergetische sichtbare Lumineszenz umwandeln.
Derzeit verwenden Röntgenszintillatoren üblicherweise anorganische Materialien oder Schwermetallkomplexe. Diese Szintillatoren funktionieren gut, haben aber mehrere intrinsische Nachteile, einschließlich Toxizität, raue Herstellungsbedingungen und die hohen Kosten für seltene Metallressourcen. Die Entwicklung neuer Designs für effiziente, metallfreie Röntgenszintillatoren ist eine Herausforderung, aber es ist allgemein anerkannt, dass rein organische Szintillatoren deutliche Vorteile gegenüber anorganischen bieten: Sie sind kostengünstig, flexibel und einfach herzustellen. Dennoch haben sich die jüngsten Fortschritte bei der effizienten Radiolumineszenz hauptsächlich auf kleine Moleküle oder Monomere konzentriert, die unweigerlich mit Fragen der Verarbeitbarkeit und Wiederholbarkeit verbunden sind.
Forscher der Nanjing University of Posts and Telecommunications (NUPT, China) berichteten kürzlich über eine effektive Strategie zur Herstellung von radiolumineszierenden polymeren Szintillatoren, die mehrere Emissionsfarben aufweisen. Die Emissionsfarbe der organischen Polymere reicht von blau bis gelb, mit hoher Helligkeit in einem amorphen Zustand. Ihre Helligkeit beruht auf radikalischer Copolymerisation von negativ geladener Polyacrylsäure und verschiedenen positiv geladenen quartären Phosphoniumsalzen. Eines der erhaltenen Polymere (P2) zeigt eine hohe Photostabilität bei einer hohen Röntgenbestrahlungsdosis (27,35 Gy) und hat eine Nachweisgrenze von 149 nGy s–1, eine Leistung, die der herkömmlicher auf Anthracen basierender Szintillatoren überlegen ist.
Wie in berichtet Fortgeschrittene Photoniknutzten die Forscher die organischen polymeren Szintillatoren erfolgreich für die Röntgenradiographie. Zunächst stellten sie einen transparenten Szintillatorschirm her, der aufgrund ihrer hervorragenden Verarbeitbarkeit durch einfaches Auftropfen dieser polymeren Materialien auf die Quarzplatte erreicht wurde. Dann führten die Forscher eine Röntgenbildgebung des Szintillatorschirms durch eine Standard-Röntgentestmusterplatte durch, um die maximal mögliche Auflösung für die Radiographie unter Verwendung dieses Szintillatorschirms zu messen. Sie erreichten eine maximale Auflösung von 8,7 Linienpaaren (lp) mm-1 bei einem MTF-Wert von 0,2. Diese Ergebnisse demonstrieren das hervorragende Potenzial organischer Polymere als Szintillatorschirme für hochwertige Röntgenbildgebung.
Organische polymere Szintillatoren erregen die Röntgengemeinschaft. Quelle: Wei et al., doi 10.1117/1.AP.4.3.035002
Laut dem korrespondierenden Autor Qiang Zhao, Professor am NUPT Institute of Advanced Materials und State Key Laboratory of Organic Electronics and Information Displays, „Dieser allgemeine und unkomplizierte Ansatz zum Entwerfen metallfreier, amorpher polymerer Szintillatoren mit mehrfarbiger Radiolumineszenz für hochauflösendes Röntgen Imaging ist ein Meilenstein, der den Beginn eines neuen Forschungsweges für kostengünstige, flexible radiolumineszierende Polymermaterialien markiert. Wir gehen davon aus, dass die Designstrategie von den Fachkreisen Materialwissenschaften, Photonik, Optoelektronik und Bioimaging weit verbreitet sein wird.“
Juan Wei et al, Organische bei Raumtemperatur phosphoreszierende Polymere für effiziente Röntgenszintillation und Bildgebung, Fortgeschrittene Photonik (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035002
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