南京邮电大学陶冶、徐申丨Adv. Sci.丨分子间聚集诱导延迟荧光闪烁体用于超高分辨率X射线成像

具有优异光电性能且易于加工成型的有机X射线闪烁体，在新一代辐射探测和医学成像领域极具研究价值与应用潜力。然而，聚集诱导猝灭效应会从根本上抑制辐射跃迁过程，因此实现高激子利用率的高效固态发光仍是一大难题。本文提出一种分子间聚集诱导延迟荧光策略，融合聚集诱导发光与热激活延迟荧光的特征。经分子设计的发光材料通过空间电荷转移作用，实现了具有亚微秒级延迟寿命的高效聚集诱导延迟荧光，能够充分俘获并利用单重态与三重态激子。将其掺杂分散到聚砜基质中，所得复合薄膜可在宽浓度范围内发出明亮且稳定的辐射发光，在X射线激发下表现出极强的抗浓度猝灭性能。凭借大斯托克斯位移、快速反向系间窜越以及高效辐射发射等优势，该闪烁体实现了0.255 µGy·s⁻¹的超低探测下限与20.0 lp·mm⁻¹的超高空间分辨率，性能优于大多数有机闪烁体，甚至部分无机闪烁体。所制备的柔性、均匀、透明闪烁成像屏同时具备优异的光稳定性，适用于高质量X射线成像。该研究建立了一种可克服聚集诱导猝灭的实用分子设计思路，凸显了分子间聚集诱导延迟荧光在实现高效激子利用方面的独特优势，为高分辨率薄膜闪烁体的研发与应用开辟了新途径。

图1 (a) 将聚集诱导发光（AIE）特性引入热激活延迟荧光（TADF）体系的原理示意图。(b) 聚集诱导延迟荧光（AIDF）分子的化学结构、发光实物照片以及用于表征给体与受体基团空间排布的三维晶体结构。

图3 (a) 不同掺杂浓度下DCCz/聚砜掺杂薄膜的辐射发光光谱。(b) 10 wt% DCCz/聚砜薄膜在0.041~210.2 mGy·s⁻¹范围内辐射发光强度的剂量依赖关系；(c) 辐射发光强度的剂量率依赖关系。(d) 室温环境、210.0 mGy·s⁻¹剂量率下，10 wt% DCCz/聚砜薄膜持续辐照（上图）与反复开关循环（下图）的X射线光稳定性测试。(e) 聚集诱导延迟荧光发光体的辐射发光机理示意图；二聚体聚集体中较小的单重态-三重态能隙（ΔEST）有利于三重态激子通过反向系间窜越过程跃迁到最低单重态（S₁），同时结合含时密度泛函理论计算得到最低单重态（S₁）与三重态（Tₙ，n=1,2……）能级，其能级差处于0.3 eV范围内。[首次在线发表后于2026年4月6日更正：图3已更新。]

综上，本文通过合理设计分子间聚集诱导延迟荧光结构，将聚集诱导发光与热激活延迟荧光特性相结合，提出了一种构建高性能有机X射线闪烁体的可行分子工程策略。得益于空间电荷转移效应，所设计的发光分子具备亚微秒级聚集诱导延迟荧光特性，能够高效捕获单重态与三重态激子，同时有效克服聚集诱导猝灭效应。将其掺杂至聚砜基质后，制备的复合薄膜可实现明亮且稳定的X射线发光，并表现出优异的抗浓度猝灭性能。该有机X射线闪烁体具有大斯托克斯位移、快速反向系间窜越及高发光效率等特点，实现了0.255 µGy·s⁻¹的超低探测下限与高达20.0 lp·mm⁻¹的超高空间分辨率。此外，所制备的柔性、均匀、透明闪烁屏拥有优异的光稳定性，可保证稳定可靠的成像效果。本研究不仅证实了分子间聚集诱导延迟荧光在提升激子利用率、抑制非辐射损耗方面的潜力，也为缓解聚集诱导猝灭提供了有效方法，为可柔性薄膜闪烁体应用于商用X射线成像领域开辟了新路径。

https://doi.org/10.1002/advs.75096

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