实验室夏志国教授团队：近红外闪烁体Cs2HfCl6:Mo4+用于双模式协同成像

传统的可见光发射闪烁体用于X射线成像仅提供单一结构信息，难以满足以生物体为代表的复杂对象的多层次结构的综合检测需求。近红外（NIR）光背景噪声低、穿透能力，是补充X射线成像的理想选择之一。然而，现有NIR闪烁体普遍存在光产额低（6000–22000 Ph MeV⁻¹）、发射波长短（660–740 nm）等问题，开发兼具高效NIR发射和双模式激发能力的新型闪烁体，是实现复杂对象多层次结构协同成像的关键。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组开发出一种新型NIR闪烁体Cs2HfCl6:Mo4+，其具备高的光产额（44500 Ph MeV⁻¹），并将NIR发射波长拓展到950 nm，实现了X射线与808 nm激光激发的双模式协同成像，使用该材料制备的闪烁屏幕在生物组织的间接成像中可清晰分辨骨骼与血管结构，有望拓展生物医学领域协同成像的应用。

研究团队通过简单的溶液反应制备了Mo4+掺杂的Cs2HfCl6材料。Mo4+离子掺杂引入了310 nm、440 nm和800 nm三个新的吸收峰，这归因于Mo4+的3T1g → 1T2g/1Eg, 3T1g→ 3T2g, and 3T1g → 3T1g(P) d−d跃迁，多激发峰为X射线与NIR双模激发创造有利条件。通过不同浓度及温度依赖寿命等实验，证明了基质自限域激子（STE）到掺杂离子的能量传递。闪烁测试表明，所制备的样品具有超过900 nm的X射线激发发射，光产额达到44500 Ph MeV−1，检测线低至87.4 nGy s–1，在总剂量5.443Gy的辐照下，辐射发光强度几乎不变，证明了样品在X射线激发下具有良好的稳定性。使用所得样品制备的闪烁屏幕在X射线模式和NIR模式下分别具有12lp mm−1和14 lp mm−1的空间分辨率。进一步利用X射线和NIR光的穿透性创新性提出双模协同间接成像，利用自建的成像平台实现了简单光源切换的X射线成像和NIR成像。以鸡翅作为模拟复杂结构样品进行成像演示，发现其在X射线模式清晰显示骨骼轮廓，而NIR模式则突出血管网络，二者融合后有望实现解剖与生理信息的同步解析。

图1 近红外闪烁体Cs2HfCl6:Mo4+实现X射线与808 nm激光激发的双模式协同成像原理与应用展示示意图。

相关研究成果以“Cs2HfCl6:Mo4+ as Near-infrared-Emitting Scintillatorsfor Dual-Mode Collaborative Imaging”为题发表在Laser & Photonics Reviews上，其中通讯作者为夏志国教授，第一作者为廖蔚硕士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（52425206和22361132525）、发光材料与器件全国重点实验室（Skllmd-2024-21）和中央高校基本科研业务费（2024ZYGXZR004）等科研项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202500311