南京邮电大学开发无毒闪烁体,也许未来去医院再也不用担心辐射了

中国团队开发无毒闪烁体，实现高清3D X射线成像

作者 | 光小研

编辑 | 光小语

导读

2026年1月26日，国际知名期刊《光：科学与应用》（Light Science & Applications）发表了一项突破性闪烁体材料研究《高度发光的有机-无机杂化锑卤化物闪烁体用于实时动态和3D X射线成像（Highly luminescent organic-inorganic hybrid antimony halide scintillators for real-time dynamic and 3D X-ray imaging）》。该项研究由南京邮电大学赵强、刘淑娟团队主导，开发了高性能锑基闪烁体CP2，并首次实现实时动态和3D X射线成像。

这项研究解决了传统铅基闪烁体毒性高、稳定性差的问题，通过引入水分子优化晶体结构，使发光效率提升至97.25%，光产额达32332 光子/MeV。这意味着在医疗诊断、工业检测中，可以大幅降低辐射剂量，提升成像清晰度。

更重要的是，研究团队将闪烁体制成柔性屏幕，可无缝贴合不规则物体，有效避免图像畸变。这为实时动态监测和3D重建内部结构打开了新大门，比如在手术中实时观察器官运动，或检测精密零件的隐藏缺陷。

随着环保和健康需求日益增长，这项技术有望推动X射线成像迈向更安全、更智能的未来，让老百姓享受更低风险的医疗检查和更精准的工业质检。

X射线成像的痛点与闪烁体革新

想象一下，去医院拍X光片，医生想看看你的关节如何动态活动，或者工厂需要检测一个弯曲零件内部的3D结构。传统X射线成像往往力不从心，因为它依赖刚性闪烁体屏幕，容易产生图像畸变，就像用平板手机拍曲面物体，总有些地方看不清楚。

这背后的核心问题是闪烁体——一种能将X射线转化为可见光的材料。长期以来，铅基闪烁体因其高性能被广泛使用，但铅的毒性让人头疼，不仅对环境不友好，还可能影响患者健康。而且，它稳定性差，容易降解，就像用了容易坏的老式灯泡。

于是，科学家们开始寻找无毒替代品。锑（一种环保金属）进入了视野，它原子量大，能有效吸收X射线，还具备简单的制备工艺和高稳定性。但锑基闪烁体的发光效率一直是个短板，就像灯泡不够亮，拍出的照片自然模糊。

这项研究瞄准了这个痛点，通过设计新型锑基晶体，试图让‘灯泡’更亮更安全。它为医疗和工业领域带来了希望，让我们离高清、低风险的成像又近了一步。

一滴水如何点亮整个屏幕？CP2的发光秘密

研究团队设计了两种锑基晶体：CP1和CP2。它们结构几乎一样，但CP2多了一点点水分子。别小看这滴水，它就像魔法催化剂，让发光性能飙升。

实验发现，CP2的晶体晶格畸变更大，分子运动自由度更小。这增强了电子-声子耦合，促进了自陷激子发射。简单说，就是X射线能量被更有效地‘锁住’并转化为光，减少了能量浪费。

结果惊人：CP2的发光量子效率达到97.25%，比CP1的73.38%高出不少。这意味着几乎所有吸收的X射线能量都变成了可见光，光产额高达32332光子/MeV，是商用BGO闪烁体的3.2倍。

更厉害的是，CP2在低剂量下就能工作，检测限低至32.74 nGy空气每秒，远低于医疗标准5.5 µGy空气每秒。这好比用更少电就能点亮更亮的灯，对患者来说辐射风险大大降低。

通过理论计算和温度依赖测试，团队证实了强电子-声子耦合是性能提升的关键。这滴水的引入，不仅优化了结构，还抑制了非辐射衰变，让闪烁体‘发光不发热’，效率拉满。

从实验室到应用：柔性屏幕与3D成像

有了高性能晶体，下一步是让它‘活起来’。研究团队将CP2晶体磨成粉末，与聚合物混合制成柔性闪烁体屏幕。这屏幕可以折叠、拉伸、压缩，就像一块智能橡皮泥，能紧密贴合任何形状的物体。

在测试中，柔性屏幕展现了出色的机械性能，经过100次循环拉伸后形状记忆良好。它的空间分辨率达到14线对/毫米，比许多现有闪烁体都高，这意味着成像细节更清晰。

应用场景立马打开：团队用这个屏幕实现了实时动态X射线成像。比如，对一个弯曲的铜饰进行360度旋转拍摄，每秒60帧记录，内部结构一目了然，没有重影或失真。这就像给物体拍高清视频，医生可以实时观察器官运动，工厂能监测零件动态变化。

更酷的是，3D X射线成像也首次用锑基闪烁体实现。通过多角度投影和算法重建，一个钉子的3D模型被完美呈现。这解决了传统2D成像的视角局限，让检测更全面。

这项技术不仅拓宽了锑基材料的应用边界，还让X射线成像变得更灵活、更智能。未来，它可能融入便携设备，让现场检测和远程诊断更方便。

未来展望：无毒闪烁体的广阔前景

随着环保法规收紧和健康意识提升，无毒闪烁体的市场潜力巨大。这项研究为绿色医疗成像铺平了道路，患者可以享受更低辐射的检查，医生也能获得更清晰的图像辅助诊断。

在工业领域，柔性屏幕能适配复杂零件，提升质检精度。比如航空航天或汽车制造中，检测弯曲管道或焊接点将更轻松。这不仅能减少浪费，还能提高安全性。

技术层面，锑基闪烁体还有优化空间。未来可以通过调控其他元素或结构，进一步提发光效率和稳定性。集成到智能穿戴或物联网设备中，实现实时监控，也不是梦。

从社会角度看，这项研究响应了可持续发展号召，用创新材料解决现实问题。它让我们看到，科技不仅能推动进步，还能守护环境和健康。

总之，锑基闪烁体的突破，不只是实验室里的闪光点，更是照亮未来成像技术的一盏明灯。它预示着更安全、更智能的X射线时代即将到来，普通人也能从中受益，比如更便宜的体检和更可靠的产品。

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