1895年，威廉·伦琴发现了X射线，并于1901年被授予诺贝尔奖，这一发现不仅对医学诊断有重大的影响，还直接影响了后期许多的重大科学发现。早期的射线照相技术涉及使X射线穿过物体并在摄影胶片上捕获剩余光束的图像。在1980年代初期，开发了一种称为计算机射线照相术的方法，其具有低图像分辨率和高成本等缺点。在1990年代中期，开发了替代性的数字X射线成像技术，其中X射线能量直接或间接地直接转换为电信号，而不是通过后续处理潜像来实现。通常使用平板X射线探测器执行数字射线照相，该探测器由一层闪烁体（将X射线转换成光的材料）和一层高度像素化的光电晶体管组成，后者将发射的光转换成电流以进行计算图像重建。但是，尽管进行了大量的研究工作，但这些扁平的非柔性X射线探测器无法生成弯曲或不规则形状的3D物体的高分辨率图像。发光材料是X射线感测的关键工具，一种被称为含镧系元素的荧光粉已广泛用于各个领域，包括生物检测和纳米热测量。这些荧光粉中的一些可以在光照射后发光几秒钟、几分钟甚至几小时。关于这种持续发光的起源是有争议的，但是普遍的看法是磷光体晶格中的缺陷通过捕获辐照产生的激发的电荷载流子而发挥了很大的作用。在常规的含镧系元素的荧光粉合成过程中，将其加热到高温（有时会高达1700°C）会产生缺陷。但是，这种处理会产生较大的荧光粉颗粒，不适用于制造柔性的大面积X射线检测器。近日，新加坡国立大学刘小钢、福州大学杨黄浩、陈秋水等人在Nature杂志上发表文章，报告了使用纳米晶体可以捕获X射线能量数周的潜在解决方案。研究人员演示了使用一系列可溶液处理，掺杂镧系元素的纳米闪烁体实现的无平板、高分辨率、三维成像的超长寿命X射线捕获。为了解释这种行为，作者提出晶格中的氟离子可以通过与X射线光子的碰撞而被置换。这会产生空位，这些空位处的离子以及间隙中的氟化物离子通常不会被占用。空位与间隙原子配对以在称为Frenkel缺陷的晶格中产生不规则性。作者的量子力学计算表明，Frenkel缺陷充当纳米晶体中载流子的陷阱，并且陷阱具有不同的深度（即，被俘获的载流子需要逃逸的能量大小有所不同）。但是，在环境条件下，浅陷阱中载流子的能量可以缓慢逸出并迁移到晶格中的镧系离子。该过程与缺陷的自我修复同时发生。研究人员发现，这种能量迁移产生的发光可以持续30天以上。这种持久性具有潜在性应用，因为与以前使用的荧光粉相比，这种持久性延长了潜像在被转换成电信号进行分析之前可以在检测器中存储的时间段。图|镧系元素掺杂纳米闪烁体中X射线能量俘获的机理研究研究人员使用这些持久发光纳米晶体制作了用于高分辨率3D射线照相的柔性X射线探测器，并开发了一种称为X射线发光扩展成像（Xr-LEI）的新技术。探测器由一块硅酮聚合物组成，其中嵌入了纳米晶体。硅酮聚合物被包裹在要成像的3D物体上，然后用X射线照射。电荷载流子被捕获在X射线穿过的检测器区域内的纳米晶体的Frenkel缺陷中，从而产生残留X射线束的潜像。然后将检测器移出并加热到80°C，随着被捕获的电荷载流子的能量被激发迁移为镧系元素离子，从而将潜像迅速转换为发光体。生成的图像可以简单地使用数码相机或智能手机记录。作者通过使用其可视化弯曲电路板的内部结构来展示其技术的功能。他们发现，如果将检测器应用于被检测对象，则将其拉长可以提高图像的分辨率。通过将纳米晶体嵌入高度可拉伸的硅树脂中，作者获得了约25微米的分辨率。这远高于使用常规平板检测器可获得的分辨率（通常约为100微米）。在将Xr-LEI转化为医疗和工业应用之前，需要解决几个问题。如：1）探测器的X射线灵敏度还有改进的空间，因为只有少量的纳米颗粒（约2%的重量）被加入硅酮片中。2）更为根本的是，还需要进一步了解Frenkel缺陷如何影响发光，但这带来了挑战（例如，很难识别由X射线照射形成的Frenkel缺陷）。时间分辨的X射线吸收光谱法和固态核磁共振光谱法等先进技术可用于直接探测导致缺陷形成的氟离子位置的变化。尽管如此，本文提出的见解开辟了一条有希望的研究途径，可能为无创医学放射学和纳米电子学检查提供一种新的方法。值得注意的是，新加坡国立大学刘小钢、西北工业大学黄维、福州大学杨黄浩在2018年曾合作报道了一种含有Cs和Pb的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体，并展示了它们用于超灵敏X射线传感和低剂量数字X射线技术的应用。Ou, X., et al. High-resolution X-ray luminescence extension imaging. Nature 590, 410–415 (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03251-6
