红色超敏LaAlO_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉的X射线激发光谱及其CIE色度特性

采用溶液燃烧合成法制备新型红色超敏La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉,合成的La AOl_(3)∶Eu^(3+)材料具备纯R3c(No.167)结构.采用光谱学方法,研究La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉的X射线激发光谱性质.结果显示,在X射线激发下,La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉发射出很强的红色荧光,谱带中心波长位于620nm处,发光的淬灭浓度是6.0mol%.CIE色度研究表明,样品具有优良的红色荧光发射特性且浓度效应对色调和色纯度影响较小.说明合成的荧光粉可作为高效闪烁体,在超紫外LEDs和辐射探测等领域有重要的应用价值.

X射线激发发光体在光动力治疗中的应用

激发光的组织穿透能力和光敏剂的吸收波长阻碍了传统光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)对深层肿瘤的有效治疗。近年来,基于X射线直接激发光敏剂或以X射线激发纳米闪烁体作为能量传递介质间接激发光敏剂的X射线激发的光动力治疗方法(XE-PDT)成为深层肿瘤治疗领域的研究热点。本文将重点介绍近五年来被报道的X射线激发纳米闪烁体类型、光敏剂负载策略、能量传递效果以及光动力治疗效果,同时对深层肿瘤光动力治疗中存在的主要问题、挑战以及未来的发展方向进行展望。

多色稀土有机配合物闪烁体的合成及X射线成像应用

以2,5⁃二氟苯甲酸(HDFBA)为第一配体,2,2'∶6',2″⁃三联吡啶(terpy)、1,10⁃菲咯啉(phen)为第二配体,成功合成4种稀土有机配合物闪烁体:[Tb(DFBA)3(terpy)(H_(2)O)](1)、[Eu(DFBA)3(terpy)(H_(2)O)](2)、[Tb(DFBA)3(phen)](3)、[Eu(DFBA)3(phen)](4)。这些稀土有机配合物闪烁体展现出优异的X射线剂量响应性、光稳定性以及高达(25100±2000)photons·MeV-1的稳态X射线激发的相对光产额。通过调节配合物中Eu^(3+)和Tb^(3+)的物质的量之比,实现了从绿色到红色的多色发光。将它们以一定的比例掺入聚乙烯醇(PVA)基质中获得均匀闪烁体薄膜,实现了高分辨(11.2 lp·mm^(-1))X射线成像。

NaLuF4掺杂Tm^3+和Er^3+的X射线激发发光特性研究

基于NaREF4的纳米颗粒已经被广泛应用于X射线激发发光的相关应用,如X射线激发光动力学、 X射线激发光学断层成像等,但是目前的研究主要集中在掺杂Tb^3+和Eu^3+作为发光核心,鲜有对其他发光中心进行研究。采用油热法合成分别掺杂Tm^3+和Er^3+的NaLuF4类圆球形纳米颗粒,通过掺杂一定比例的Gd^3+进行粒径大小与均匀性调控。利用透射电镜、 X射线衍射分析确定了其粒径约为50 nm左右、球形呈六方相晶体结构。在X射线激发下,测试了其发光特性,并详细地对发光中心掺杂比例对发光强度的影响进行了系统的研究,当Tm^3+和Er^3+的掺杂比例分别为1%和0.75%时,该纳米颗粒的发光最强,并对其发光过程和机制进行了详细的分析。

水热法制备ZnS∶Cu,Al纳米X射线发光粉及其光谱特性

采用水热法低温(200℃)处理12h直接制备ZnS∶Cu,Al纳米晶,并探讨其光致(PL)和X射线激发(XEL)光谱特性及后续退火处理的影响.XRD和TEM分析表明,水热法直接制备的ZnS∶Cu,Al粒径约为15nm,尺寸分布窄,分散性好,具有纯立方相的球形结构.其PL和XEL光谱均为宽带谱,n(Cu)/n(Zn)=3×10-4和n(Cu)/n(Al)=0.5时PL和XEL光谱强度最大,XEL峰值在470nm处.在此条件下,水热处理3h直接合成的纳米晶在氩气保护下于800℃退火1h后样品的XEL发光进一步增强.XEL光谱强度约是退火前样品的8倍,此时峰值波长在520nm,团聚形成径为200～500nm的类球形六方相结构.发光强度增强,但粒径很小,对提高成像系统分辨率非常有意义.通过比较样品的XEL和PL光谱,讨论了XEL和PL光谱的发光机理和激发机制及退火对其特性的影响.

水热法合成ZnS∶Au,Cu超细X射线发光粉

报道了水热法合成的高强度ZnS∶Au,Cu超细X射线发光粉及其光致发光(PL)和X射线激发发光(XEL)的光谱特性。200℃水热处理12h直接合成样品的纳米晶粒约15nm,尺寸分布窄,分散性好,具有纯立方相的类球形结构。氩气保护下1000℃焙烧1h后的样品存在一定的团聚,但团聚后尺寸为1～2μm,为超细X射线发光粉,此时样品为纯六角相的类球形为主的结构。所有样品的PL和XEL光谱均为宽带谱,水热法直接合成样品的XEL强度最强时,样品的Cu/Zn,Au/Cu比值分别为3×10-5和2。在此比值条件下,1000℃焙烧1h样品的XEL发光最强,此时其2个峰值分别位于445和513nm,且与未焙烧前相比强度增强了10倍左右。另外通过比较PL光谱与XEL光谱特性,讨论了PL和XEL光谱的发光机理和其不同的激发机制。

基于X射线激发诊疗一体化纳米探针的制备及表征

目的合成一种可被X射线激发的诊疗一体化纳米探针,并对其光学成像性能及肿瘤治疗功能进行评价。方法基于前期研发的NaLuF_(4):20%Gd^(3+)为基质材料共掺杂Tb^(3+)和Eu^(3+),验证其X射线激发发光属性;通过配体交换的方式,使其具备良好的水中分散性,并验证不同表面修饰基团的细胞毒性;通过共价耦合的方式在纳米颗粒表面耦联光敏剂,并验证其发光光谱的改变及单态氧产生率;通过HepG2细胞模型,验证纳米探针的治疗功能;最终,通过模体成像,验证其光学成像能力。结果9%Tb^(3+)和15%Eu^(3+)共掺杂的纳米颗粒可被X射线激发出可见光和近红外光;2氨基乙基膦酸及聚乙烯亚胺修饰的纳米颗粒具备良好的水中分散性,且在浓度为0.1 g/L时细胞存活率均高于85%,聚丙烯酸修饰后的纳米颗粒发光最弱,发光衰减达30%左右,相较于2氨基乙基膦酸和聚乙烯亚胺修饰的纳米颗粒具有统计学差异(P<0.05);该纳米颗粒耦合光敏剂后,荧光共振能量转移效率可高达75%,保证其高效产生单态氧,在X射线辐射剂量为2.7 Gy时,两种纳米耦合体系均可将HepG2细胞存活率降至50%以下,且无统计学差异(P>0.05),其在近红外的发光可用于模体成像。结论该种X射线激发诊疗一体化纳米探针可用于肿瘤的治疗及光学成像,为后续X射线激发光动力学的在体治疗及疗效监测提供支撑。

掺铈Cs_(2)BaBr_(4)晶体的生长和闪烁性能研究

以高纯度BaBr_(2)、CsBr、CeBr_(3)为原料,采用高温固相反应法合成了Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)多晶料,并通过坩埚下降法生长了Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)晶体。将晶体切割研磨抛光后得到不同厚度的Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)晶片。对晶体进行了物相分析,XRD图谱表明晶体为一致熔融物,且无相变。研究了晶体的闪烁性能,测试了光学透射率、光致发光、X射线激发发光、多通道gamma能谱、衰减时间。与LaBr_(3)晶体对比,分析了晶体的吸湿性。结果表明,晶体的光学透过率接近80%,在一定波段的紫外光及X射线的激发下,晶体在349与372 nm波长有发射峰。^(137)Cs源伽马射线的激发下,能量分辨率为11%,在紫外激发下,晶体衰减时间为21.9 ns。晶体的吸湿性比LaBr_(3)晶体有大幅改善。

水热法制备ZnS:Cu,Tm超细X射线发光粉

研究了水热法合成的ZnS:Cu,Tm超细X射线发光粉及其光致发光(PL)和X射线激发发光(X-rayexcited luminescence,XEL)光谱特性.200℃水热处理12h直接合成样品的纳米晶粒径约15nm,尺寸分布窄,分散性好,具有纯立方相的类球形结构.氩气保护下900℃退火1h后的样品存在一定的团聚,但团聚后尺寸为200—600nm,为超细X射线发光粉,此时样品为纯六方相的类球形为主的结构.所有样品的PL和XEL光谱均为宽带谱.水热法直接合成样品的XEL强度最强时,样品的Cu/Zn,Tm/Cu比值分别为3×10-4和2.在此比值条件下,900℃退火1h样品的XEL发光最强,此时其两个峰值分别位于453,525nm.发光强度增强的同时粒径很小,对提高成像系统分辨率非常有意义.通过比较PL光谱与XEL光谱特性,讨论了PL和XEL光谱的发光机理和其不同的激发机理.

采用光子计数测量的高灵敏度锥束XLCT

X射线激发发光断层成像(XLCT)是一种新兴的混合成像技术,该技术可同时获得目标体结构信息和功能信息。然而,窄束XLCT重建图像虽然具有高空间分辨率,但X射线利用率较低,数据采集时间过长;锥束XLCT系统提高了X射线利用率,缩短了数据采集时间,但有限的探测角度导致图像重建质量相对较低。为解决上述问题,提高X射线利用率,高效实现多角度高灵敏数据采集,提出了一种基于光子计数测量的锥束XLCT系统,并通过仿体实验对其性能进行了验证。仿体实验结果表明,6个角度锥束照射模式下重建图像的相似度系数(DICE)可达50%,系统保真度(SF)和重建浓度误差(RCE)达到0.7以上,可实现3 mg·mL^(-1)以上的荧光物质质量浓度差距的重建。

X射线激发NaGdF_(4):Tb^(3+),Eu^(3+)的光谱及能量传递性质研究

采用溶剂热法合成了Tb^(3+)-Eu^(3+)共掺杂的NaGdF_(4)纳米晶,透射电镜显示所得样品是半径为7.24~9.92 nm的类球形颗粒,X射线衍射分析其为六方相的NaGdF_(4),X射线激发下的发射光谱表明,Tb^(3+)和Eu^(3+)的掺杂比例对材料发光性质有明显影响,并进一步探讨了Tb^(3+)→Eu^(3+)的能量传递过程。当15%Tb^(3+)与9%Eu^(3+)共掺杂时,616 nm处的红光发射最强,此时Tb^(3+)→Eu^(3+)的能量传递效率可达88.42%。最后对材料表面改性并耦合光敏剂,在X线激发下进行了仿体成像以及单态氧产生率测试,结果表明材料能够持续稳定产生单线态氧,并且其616 nm处发光强度足够穿透仿体实现靶向成像,因此材料在生物医学领域具有极大的应用潜力。

掺杂钨酸铅闪烁晶体的闪烁光学性质研究

利用多坩埚温度梯度法生长了PbWO4和BaF2：PbWO4晶体,研究了PbWO4、退火PbWO4和BaF2：PbWO4晶体的透过光谱和X射线激发光谱,结果发现这些光谱性质与晶体的组成和生长工艺密切相关,其中退火的影响较复杂.高温退火的PbWO4晶体的透过光谱在360nm以上波段有较好的透过率,但是在320-360nm波段透过率反而略有降低 380nm以上波段的X射线激发光谱光谱强度较高,320-380nm波段光谱强度却略有降低.掺杂的离子改善了晶体的透过率和X射线激发发光光谱强度.利用晶体的生长工艺和组成与缺陷以及晶体光学性质之间的关系解释了这些现象产生的原因．BaF2：PbWO4掺杂晶体的X射线激发光谱的波形和发光峰强度均发生了很大程度的改变，与F^-离子掺杂引发晶体[WO4]^2-四面体基团畸变而产生的新的发光中心有关．

Cl掺杂γ-CuI晶体生长及闪烁性能的研究

采用溶剂蒸发技术,辅以氩保护气氛,成功获得厘米级氯掺杂γ-CuI透明单晶。研究了氯掺杂对晶体生长溶液的稳定性、晶体结构及发光性能的影响。通过引入氩气氛,掺氯生长液及晶体的氧化问题得到了极大改善。X射线激发发射光谱表明,γ-CuI:Cl晶体的超快近带边发射得到显著增强,光输出约为PbWO4晶体的89%,深能级发射强度也受到极大抑制。并且快成分的衰减时间达到亚纳秒量级。实验结果均表明γ-CuI:Cl单晶具有较好的结晶性和光学性能,有望应用于超高辐射检测和超快计数率成像领域。

纳米材料的同步辐射研究

近年来,科学家们在纳米材料的生长及应用研究等诸多方面取得了巨大的进展.然而,由于受到表征手段的限制,纳米科技领域的许多关键科学问题至今仍未得到清楚的解答.同步辐射具有多种独特优点,随着国内第三代同步辐射光源的逐步发展,基于同步辐射的各种实验技术将为实时、原位、动态地表征纳米结构提供功能强大的研究平台.文章简单介绍了基于同步辐射的一些新型纳米结构表征技术,并根据作者的研究举例说明了同步辐射技术在纳米材料研究方面的一些优势.