重庆大学、中国电子科技集团第26研究所和史蒂文斯理工学院的研究人员开发出一种光子晶体闪烁体，可将X射线成像的平均光输出提高约4.64倍，同时不损失图像清晰度。该研究于2026年9月16日发表在《Opto-Electronic Advances》上。
闪烁体是将辐射转化为可见光的部件：它吸收X射线光子并将其转换为光，再由相机或光电探测器记录并重建图像。问题在于，在GAGG:Ce（铈掺杂钆铝镓石榴石）等高密度闪烁体中，由于闪烁体与空气的折射率差异巨大，高达90%的光可能因全内反射被困在材料内部。结果是到达探测器的光更少，尤其在低剂量下图像噪声更大。
释放被困光的纳米光栅
研究团队没有加厚闪烁体——加厚虽能提高灵敏度，却会使光横向扩散并损害分辨率——而是攻克了光的出射界面。他们采用马兰戈尼效应驱动的界面自组装工艺，利用乙醇-水溶剂体系中的表面张力梯度，结合表面活性剂辅助的界面致密化和无振动引流转移技术。
最终在直径25毫米的GAGG:Ce晶片上形成了一层连续的、六方密排的聚苯乙烯纳米球单层。这种周期性光栅起到光子晶体的作用：通过布拉格衍射，它提供额外的动量，将被困在材料内部的光模式耦合为自由空间辐射，释放到探测器方向。
实验数据
测试显示，改性后的闪烁体平均光输出提高了约4.64倍，X射线成像信噪比改善了13分贝，同时空间分辨率保持在优于25微米的水平。这表明，在受试器件中，界面处理提取了更多光而没有牺牲清晰度。
作者指出，低剂量医学诊断、快速安检和高精度工业无损检测是潜在应用场景——这些都是信号稀缺的场景。但这些只是拟议应用，并非已证实的临床或现场部署：实验使用的是实验室晶片，自组装结构中的残余缺陷仍可能轻微影响分辨率，与其他闪烁体材料的兼容性也有待测试。
该方法还试图解决制造难题。传统光刻精度高，但设备昂贵且难以应用于大面积脆性基底；传统自组装成本较低，但容易产生裂纹、空位和多晶畴，降低亮度增益并引入伪影。新工艺旨在兼顾大面积的规模与质量。
Crédito da imagem: 示意性X射线图像：UCSF Health。该图仅示意X射线检查，并非研究中开发的闪烁体。
Fontes
- BrightSurf: New photonic crystal scintillator paradigm boosts low-cost X-ray imaging sensitivity
- ScienMag: Experimental photonic crystal scintillator raises X-ray light output
- Opto-Electronic Advances: Scalable Photonic Crystal Scintillators for High-Performance X-ray Imaging in Photon-Starved Regimes (DOI 10.29026/oea.2027.260038)
透明度声明：本文在人工智能辅助下，基于公开网络来源和该研究的披露稿撰写，发表前已核对事实、名称和数据。该器件仅在实验室的25毫米晶片上测试，尚未成为临床产品。详情请查阅上方链接的原始来源。
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