劉小鋼院士&覃弦教授Nat. Commun.：用于高分辨率和自適應X射線成像的無散射鑭系離子液體閃爍體

主流固體閃爍體中顆粒分布不均造成的光子散射是限制高分辨X射線成像的核心瓶頸。采用均勻透明的液體閃爍體在抑制光散射方面具有天然的優勢。然而，少數已報道的液體閃爍體普遍依賴含鉛的鈣鈦礦和有毒或易燃的有機溶劑，帶來穩定性、安全性與生物相容性的問題。

本研究，新加坡國立大學劉小鋼院士，福建師范大學覃弦教授等人通過在綠色溶劑離子液體中原位配位鑭系離子，構建了結構高度均一化、幾乎完全無散射且發光顏色可調的透明本征液體閃爍體。結合鑭系離子發光獨特的無自吸收特性，該體系實現了超過93%的閃爍光透過率，并在1毫米厚的閃爍屏中獲得了每毫米26線對的X射線成像空間分辨率。依托液體的可流動與自適應形變能力，該閃爍體可用于制備變焦的凸面閃爍透鏡，實現了均勻的全角度X射線探測與原位放大X射線成像。

該鑭系-離子液體閃爍體系在未來基于微流控的輻射傳感、AI輔助的高對比度X射線成像及低劑量醫療診斷等領域具有廣闊的應用前景。

研究亮點：

1.材料革新，從固體到液體。任何固體或顆粒堆積結構都不可避免地產生晶界與界面散射。借鑒水的高透明性，引入無晶界、折射率均一且化學穩定的離子液體作為配體，從材料本征形態上徹底消除散射源。

2.克服缺陷，從溶解或分散體系到強配位體系。基于溶解或分散的液體閃爍體系常受溶解度、分散性及有機溶劑穩定性限制。通過鑭系離子與離子液體配體的原位強配位，實現了金屬離子在分子尺度上的均勻分散，成功構建出無散射、高透明度的液體閃爍屏。

3.機理拓展，從三線態到雙通道能量轉移。離子液體配體具有高度的結構靈活性，能夠同時利用單線態和三線態有效地將能量傳遞并回收至鑭系發光離子，從而顯著提升閃爍強度。

4.功能延伸，從高分辨平面成像到凸面變焦閃爍透鏡。在利用該體系無散射、無自吸收的優勢獲得平面高分辨X射線成像的基礎上，進一步利用液體的流動性與形變能力，提出了可變焦閃爍透鏡的概念，實現了傳統固體閃爍體不可能實現的全角度均勻探測以及自適應原位放大成像。

圖1. 不同閃爍體系統中的光散射

圖2. 鑭系-離子液體閃爍體中的強配位作用

圖3. 鑭系-離子液體閃爍體中的雙通道能量轉移增強閃爍性能

圖4. 鑭系-離子液體閃爍體消除自吸收和光散射用于高分辨平面X射線成像

圖5. 鑭系-離子液體閃爍體的環境穩定性和生物相容性

圖6. 用于高分辨X射線成像的自適應閃爍透鏡

Qiu, J., Gu, C., et al.Scattering-free lanthanide-ionic liquid scintillators for high-resolution and adaptive X-ray imaging. Nat. Commun. (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66754-0

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