近日，苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室王殳凹教授和王亚星副教授团队发现手性钙钛矿在X射线下激发下发射圆偏振闪烁光的现象，提出手性闪烁体概念，实现了辐射成像过程中闪烁光的方向性控制，在X射线成像领域获得新突破。相关成果以“Circularly Polarized Radioluminescence from Chiral Perovskite Scintillators for Improved X-ray Imaging”为题发表于Angewandte Chemie-International Edition上。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202208440。
闪烁体可以将X射线光子的能量转化为可见光信号，闪烁体是X射线探测器的核心部分，它在医学成像、安全检查和工业应用中发挥着至关重要的作用。X射线探测器是通过将多个闪烁体与光电探测器阵列耦合来制造的。由于闪烁体的辐射发光信号在产生后呈各向同性传播，在相邻的闪烁体像素之间经常存在光学串扰，导致空间分辨率和成像质量的下降。为实现高效成像，使用过程中需加大辐照剂量，不可避免加重了辐射风险。因此，如何控制闪烁体的辐射荧光传播方向，有望从根本上提升X射线成像质量。研究团队近年来一直致力于新型辐射探测材料研究，前期开发了一系列新型闪烁体和半导体探测材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7883; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 8030; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 11856）。在本工作中，研究团队从闪烁体发光特性和结构关系角度出发，提出了发展具有手性结构的新型闪烁体思路。从化学结构角度来看，传统闪烁体绝大多数为中心对称结构，其辐射发光呈各向同性传播。本工作通过分子设计合成了手性钙钛矿闪烁体，由于手性结构的极化特征，利用手性闪烁体首次实现了闪烁光传播方向控制。研究团队开发的厘米尺寸的闪烁体可以进一步被组装成为极化闪烁体阵列，通过对比成像研究证明极化闪烁体阵列能够明显减弱辐射成像中的光串扰问题，提升了边界成像效果。本工作为精确控制闪烁光传播方向提供了新的思路，为进一步发展高效闪烁体，以小的辐照剂量获得高品质X射线成像效果提供了参考。
图1 a.实验室搭建的手性辐射测试装置; b.新型闪烁体的偏振辐射荧光特征; c.传统闪烁体的辐射荧光特征; d. 手性闪烁体用于减少光串扰概念示意图; e. 不同结构闪烁体成像的边界效应比较。
苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室博士生李明、王玉民和杨良伟为该工作的共同第一作者，王亚星副教授和王殳凹教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等的支持。