1.研究团队

近日，新加坡国立大学刘小钢院士团队联合福建师范大学、厦门大学、四川大学等单位的合作者，在《Nature Photonics》发表了题为《Ultrabright molecular scintillators enabled by lanthanide-assisted near-unity triplet exciton recycling》的文章。

三位共同一作为 Jiahui Xu、Rui Luo、Zichao Luo，通讯作者为刘小钢院士等。

✅机制：配体三线态与 Eu³⁺ 的 ⁵D₀能级匹配，三线态传能效率 >99%；

✅亮度：Eu(NTA)₃DPEPO 辐照发光比 9,10-DPA 高 52 倍、比 LYSO:Ce 高 19 倍、比 CsI:Tl 高 15 倍；

✅灵敏：信噪比高，比医用 X 射线诊断的常规剂量低 168 倍；

✅落地：可有效应用在柔性屏成像，纳米胶束肿瘤抑制方面。

Keywords：分子闪烁体   镧系配合物  |  三线态激子 |  辐照发光  |  X 射线成像  

2.研究背景

X 射线打进材料后，大部分能量先变成热化载流子与次级 X 射线，再以热的形式散掉，真正转成光的只是一小部分。无机闪烁体（BGO、LYSO、CsI:Tl）靠高原子序数和高密度取胜，但工艺复杂、部分含毒、又难避自吸收。

有机闪烁体柔性、便宜、可溶液加工，却卡在两点：X 射线吸收弱，三线态激子几乎全被浪费。卤素掺杂与 TADF 路线试过，但需精细结构设计，仍受自吸收拖累。

3.研究成果

团队用 β-二酮类配体与铕配位，做出一系列分子闪烁体。配体的 π–π* 吸收截面比 Eu³⁺ 本身大四个数量级，先把 X 射线能量接住；再靠配体三线态与 ⁵D₀ 的能隙把能量定向送进发光中心，既有足够驱动力、又抑制反向回传。

3.1 三线态回收：>99% 的传能效率

超快瞬态吸收给出配体三线态到 Eu³⁺ 的传能效率超过 99%，速率常数随配体–离子间距变化，指向 Dexter 机制。换金属中心同样成立：Ce(Tp)₃ 寿命 50 ns、Eu(TpCF₃)₂ 645 ns、Eu(Tp₂CH₃)₂ 304 ns，也能换成 Tb、Yb，光谱从紫外铺到近红外。

图1：三线态回收机制（a–b：能量路径；c：配体三线态能级调控；d：辐照发光与光致发光的对应）

3.2 亮度与灵敏：15 倍于 CsI:Tl

文章使用积分球搭配光纤光谱仪测试了材料的绝对光产额。Eu(NTA)₃DPEPO 的辐照发光比 9,10-DPA 高 52 倍、比 DMAc-TRZ 高 55 倍、比 LYSO:Ce 高 19 倍、比 CsI:Tl 高 15 倍；虽然 X 射线吸收系数不如无机晶体，但 X 射线到光的转换效率高于 LYSO:Ce、与 CsI:Tl 相当。剂量率 30.8 nGy/s 时信噪比还有 135，比诊断常规剂量低 168 倍。

图2：闪烁性能（a：X 射线吸收；b：辐照发光谱；c：光产额；d：剂量率与信噪比；e–f：稳定性）

3.3 成像与治疗上的应用

作者把 Eu(NTA)₃DPEPO 分散进 PMMA 与 PDMS，做成柔性闪烁屏，X 射线成像空间分辨率达 20 lp/mm，可拍清芯片内部结构。把铽配合物与玫瑰红装进胶束，X 射线激发下敏化产生单线态氧，动物实验中肿瘤抑制率 68.8%，对照组仅 16.4%。

图3：X 射线成像与光动力治疗（a：纳米体系；b–h：细胞实验；i–j：动物实验）

4.复享光学设备推荐

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5.总结

这篇文章最漂亮的地方，是把“三线态被浪费”反过来做：不换材料体系，只调配体能级，辐照发光就涨了三个数量级。X 射线吸收仍不如无机晶体，但转换效率把差距补了回来。给出一条纯分子设计规则。

参考文献：

[1]Ultrabright molecular scintillators enabled by lanthanide-assisted near-unity triplet exciton recycling

DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01586-w

作者：Jiahui Xu, Rui Luo, Zichao Luo 等