来自新加坡国立大学（NUS）的化学家最近在《自然》杂志上发表的一项医学成像研究显示，如X射线或计算机断层扫描（CT），可能很快就会更便宜和更安全了。
来自新加坡国立大学科学院化学系的刘小钢（Xiaogang Liu）教授和他的团队开发了对X射线辐照高度敏感的新型卤化铅-钙钛矿纳米晶。通过将这些纳米材料加入平板X射线成像仪，该团队开发了一种新型探测器，可以检测到比目前医疗诊断标准X射线辐射剂量低400倍的辐射。这些纳米晶体也比传统X射线成像机中使用的无机晶体便宜。
“我们的技术使用低得多的辐射剂量来提供高分辨率的图像，而且它也可以用于快速、实时的X射线成像。它为医学和电子工业的革命性成像技术提供了巨大的希望。对于患者来说，这意味着低成本的X射线成像和更少的辐射风险。”刘教授说。
该团队的研究突破是来自澳大利亚、中国、香港、意大利、沙特阿拉伯、新加坡和美国的研究人员共同努力的结果。该成果发表在《自然》杂志上，这项新技术现已申请了专利。
纳米晶体为更好的成像开辟道路
自19世纪90年代以来，X射线成像技术已被广泛应用于许多应用领域。它有许多用途，包括医疗诊断、国土安全、国防、先进制造、核技术和环境监测。闪烁是X射线成像技术的重要组成部分，它能将高能X射线光子向可见光转换。大多数用于常规成像器件的闪烁体材料包括具有低发光转换效率的昂贵和大型的无机晶体。因此，需要高剂量的X射线来进行有效的成像。传统的闪烁体通常是在高温下生产的，符合规格的薄、大且均匀的闪烁体薄膜很难制备。
为了克服现有闪烁体材料局限性，刘教授和他的团队开发了新型卤化铅-钙钛矿纳米晶体（halide perovskite nanocrystals）作为替代闪烁体材料。在实验中，研究小组发现他们的纳米晶体可以探测小剂量的X射线光子，并将其转换成可见光。它们也可以被调谐发光或闪烁，以不同的颜色来响应它们吸收的X射线。利用这些特性，这些纳米晶体可以实现更高分辨率的X射线成像，并且具有更低的辐射暴露。
为了测试卤化铅钙钛矿纳米晶体在X射线成像技术中的应用，研究小组用他们的纳米晶体代替了商业平板X射线成像仪的闪烁体。
“我们的实验表明，使用这种方法，X射线图像可以用低成本、广泛使用的数码相机直接记录，甚至可以用手机的照相机直接记录。使用传统的笨重闪烁体，这是无法实现的。此外，我们还证明了纳米晶体闪烁体可以用来检查电子电路板的内部结构。这为当前技术提供了一种更廉价和高度敏感的替代品，”该文章的第一作者，新加坡国立大学化学系的Chen Qiushui博士说。
纳米晶体作为闪烁体材料还可以降低X射线成像的成本，因为这些纳米晶体可以用更简单、更便宜的工艺在相对低的温度下生产。
刘教说：“我们创造的钙钛矿纳米晶体闪烁体对许多研究领域具有重大意义，并为新的应用打开了大门。我们希望这种新型高性能X射线闪烁体能够更好地满足明天日益多样化的需求。”
下一步和商业化机会
为了验证这项发明的性能，NUS的科学家们将在不同的温度和湿度水平下对纳米晶体的能力进行更长时间的测试。该团队还希望与行业伙伴合作，使他们的新型成像技术商业化。