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我国高端医疗仪器核心部件开发获重大突破

  从华中科技大学获悉,我国高端医疗仪器核心部件开发获重大突破 ,武汉光电国家实验室(筹)研发出一种新型钙钛矿辐射探测器,具有高灵敏度、低检测限、无铅化特点,且其材料相比制造闪烁晶体所用的稀土材料更加低廉易制取。这一发明将有效降低医学成像和安检过程中使用的X射线剂量,从而降低辐射导致的患癌几率,同时也能提升成像系统空间分辨率。
 
  据专家介绍,无铅钙钛矿的研发充分体现了材料学的进步对医疗仪器发展的推动作用。
 
  这项由武汉光电实验室唐江的材料研究团队与谢庆国的高端医疗仪器研究团队合作开发的成果于10月2日以《具有低检测限的铯银铋溴单晶X射线探测器》(Cs2AgBiBr6 single crystal X-ray detectors with a low detection limit)为题发表在光电领域权威杂志《自然·光子学》(Nature Photonics, IF=37.852)上。
 
  近期的热门钙钛矿材料,其实不含钙也不含钛,它是一类具有钙钛矿结构(ABX3)的铅基卤素半导体材料。因其具有优异的光电特性,易于吸收光并长距离输送电荷,成为太阳能电池领域的热门材料。事实上,在医学成像方面,钙钛矿同样大有用武之地。它可以把高能射线变成可以灵活处理的电脉冲信号,实现非常灵敏的探测与成像。目前,市面上的医学成像仪器核心部件主要采用高光输出的闪烁晶体,这类晶体熔点比较高,制备能耗很大,成本也比较高,还必须配合光电转换器件使用。钙钛矿则更加便宜且易制取。
 
  钙钛矿无铅化可以避免在制备、提取等一系列工艺中产生的潜在环境污染,也不会对人体健康造成伤害。
 
  一直致力于非铅钙钛矿材料的开发及其在光电器件方面应用的唐江团队,此次将铅基钙钛矿中的铅替换为银和铋,通过简单溶液法在低温下制备出铯银铋溴单晶,从而避免铅的使用。通过系统优化,最终制备的器件综合性能达到甚至部分超过铅基钙钛矿和目前商用的非晶硒探测器水平。
 
  论文共同通讯作者唐江教授、牛广达副研究员和论文共同第一作者邓贞宙博士认为,非铅钙钛矿材料不含剧毒元素铅,也不需要传统闪烁晶体需要的昂贵稀土元素,可以显著降低X射线探测与成像的材料成本。更重要的是,具有低检测限的X射线直接探测器不仅能够减少医学成像和安检过程中使用的X射线剂量,从而降低辐射导致的患癌几率,同时也能提升成像系统空间分辨率,有希望实现疾病的早期检测,应用前景广阔。
 
  在医学仪器领域深耕多年的数字PET发明人谢庆国教授认为,尽管国内高端医疗器械市场已进入高速发展期,但关键基础材料、核心基础零部件仍是高端医疗器械进一步发展的痛点。若将无铅钙钛矿应用到高端医疗器械的核心部件开发中,将能减少中国高端医疗仪器对稀土这种战略资源的依赖和需求,增强高端医疗产业的工业基础能力,形成从新材料到新部件到新装备的创新闭环,实现高端医疗产业的跨越式发展,为中国早日迈向制造强国助力。
 
  据了解,X射线探测器广泛应用于安检、医学成像和工业材料检验等领域。目前传统方法是利用闪烁晶体将X光子转化为可见光,再激励光电倍增管产生电信号,其成像分辨率受到光学串扰限制。而直接探测是利用半导体材料将X光子直接转换为电子信号的检测方法,拥有更高的空间分辨率和更低的系统成本。
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