CN112820751A - 基于钙钛矿量子点的阵列式x射线探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器及其制备方法。所述阵列式X射线探测器包括：阵列式闪烁体屏，具有阵列分布的若干密封孔，每个所述密封孔中填充有钙钛矿量子点液体，所述密封孔的密封端透光且所述密封孔的侧壁不透光；图像传感器，设置于所述阵列式闪烁体屏的一端，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的可见光。通过将闪烁体层进行像素化处理，形成多个独立的探测单元，可以避免可见光相互干扰，在不增加探测器整体面积的前提下，可以探测更多束X射线，以提升成像的空间分辨率和灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于生物医学X射线成像技术领域，具体地讲，涉及一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器及其制备方法。
背景技术
X射线探测器是医疗成像设备的核心部分，越来越引起科研领域工作者的极大兴趣。它多用于骨科、乳腺、牙科、胃肠道等检查，它是多种重大疾病确诊、救治的关键性依据。
具体地，X射线摄影的发展可分为三个阶段，首先是传统胶片式X射线摄影成像阶段，其主要是由X射线管、胶片、机电及控制系统组成，当X射线照射在涂有感光卤化银物质的胶片上，胶片上的卤化银还原为银，并残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像；其次是配增感屏的胶片摄影阶段，具体地，增感屏是一种荧光屏，功能在于吸收X射线光子能量，并将吸收的能量转换为荧光辐射；最后就是如今正方兴未艾的直接数字摄影术(Direct Digitized Radiograph)阶段了，因其成像质量高、速度快、直接生成数字化图像、图像处理功能强大、辐照剂量小等优点一跃成为当前生物医学X射线成像领域的热门研究方向，具体核心元件就是平板探测器，可分为直接转换型平板探测器和间接转换型平板探测器。相比较而言，直接型X射线平板探测器由于局限于光电层的材料(大多为非晶硒)以及器件使用寿命(穿透人体组织后的X射线会因为康普顿散射效应而与TFT作用后降低其性能与使用寿命)大大限制了其应用前景及市场份额；因此使得有关间接型平板探测器的研发更具科技创新潜力和价值，以满足迫切的市场终端需求。
然而，医用X射线CMOS图像传感器作为将医学成像用X射线(由X射线管产生，且光子能量一般处于15～150keV，波长相应为0.008～0.08nm范围内的电磁波)透过人体组织后实现实时高质量成像的间接转换型平板探测器。如何在确保器件性能稳定性及使用寿命的前提下大幅度提高成像空间分辨率及灵敏度的同时实现X射线低剂量辐照一直是困扰国内外产学研界的一个关键性问题。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题
如何提高X射线探测器的成像空间分辨率与灵敏度。
(二)本发明所采用的技术方案
一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器，所述阵列式X射线探测器包括：
阵列式闪烁体屏，具有阵列分布的若干密封孔，每个所述密封孔中填充有钙钛矿量子点液体，所述密封孔的密封端透光且所述密封孔的侧壁不透光；
图像传感器，设置于所述阵列式闪烁体屏的一端，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的可见光。
优选地，所述阵列式闪烁体屏包括板体、第一封装层和第二封装层，所述板体上设置有阵列分布的若干通孔，所述第一封装层和所述第二封装层分别设置于所述板体的相对两侧，以将所述通孔的两端密封，构成密封孔。
优选地，所述图像传感器贴合于所述第一封装层或者所述第二封装层上。
优选地，所述密封孔的孔径范围为10μm～240μm。
优选地，所述第一封装层和所述第二封装层均为光学胶层。
优选地，所述图像传感器包括阵列分布的若干光敏元和辅助电路，若干所述光敏元与若干所述密封孔一一对应，所述光敏元用于将光信号转换为电信号，所述辅助电路用于传输电信号。
本申请还公开了一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器的制备方法，所述制备方法包括：
制备得到胶体状的钙钛矿量子点液体；
将胶体状的钙钛矿量子点液体注入到板体上阵列分布的各个通孔中，并将通孔的相对两端密封形成密封孔，其中密封孔的密封端透光且密封孔的侧壁不透光；
在板体的一侧设置图像传感器，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的探测光。
优选地，将密封孔的相对两端密封的方法包括：
在所述板体的相对两端分别涂覆光学胶；
对光学胶进行固化处理，分别形成第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和所述第二封装层分别将通孔的两端密封。
(三)有益效果
本发明公开了一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器及其制备方法，相对于传统的X射线探测器，具有如下技术效果：
通过将闪烁体层进行像素化处理，形成多个独立的探测单元，可以避免可见光相互干扰，在不增加探测器整体面积的前提下，可以探测更多束X射线，以提升成像的空间分辨率和灵敏度。
附图说明
图1为本发明的实施例一的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器的示意图。
图2为本发明的实施例二的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器的制备方法的流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在详细描述本申请的各个实施例之前，首先简单描述本申请的发明构思：现有的X射线探测器探测器具有成像空间分辨率较低的技术问题，本方案采用像素化思想，在板体上开设形成阵列分布的若干密封孔，密封孔中填充有钙钛矿量子点液体，钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的可见光，利用图像传感器探测可见光，通孔将X射线探测器设置成像素化结构，增加了探测点，即在相同面积的前提下可实现更多束X射线的探测，提高了空间分辨率，增强了灵敏度。
具体地，如图1所示，本实施例一公开的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器包括阵列式闪烁体屏10和图像传感器20。其中，阵列式闪烁体屏10具有阵列分布的若干密封孔，每个所述密封孔中填充有钙钛矿量子点液体，所述密封孔的密封端透光且所述密封孔的侧壁不透光；图像传感器20设置于所述阵列式闪烁体屏10的一端，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线30辐照下产生的可见光。
示例性地，所述阵列式闪烁体屏10包括板体11、第一封装层12和第二封装层13，所述板体11上设置有阵列分布的若干通孔14，所述第一封装层12和所述第二封装层13分别设置于所述板体11的相对两侧，以将所述通孔14的两端密封，构成密封孔。
进一步地，所述密封孔的孔径范围为10μm～240μm，第一封装层12和第二封装层13为光学胶层。
示例性地，所述图像传感器20贴合于所述第一封装层12或者所述第二封装层13上。所述图像传感器20包括阵列分布的若干光敏元和辅助电路，若干所述光敏元与若干所述密封孔一一对应，所述光敏元用于将光信号转换为电信号，所述辅助电路用于传输电信号。其中，图像传感器20可采用CMOS图像传感器或硅基光电二极管。
如图2所示，本实施例二公开的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器的制备方法包括如下步骤：
步骤S10：制备得到胶体状的钙钛矿量子点液体；
步骤S20：将胶体状的钙钛矿量子点液体注入到板体上阵列分布的各个通孔中，并将通孔的相对两端密封形成密封孔，其中密封孔的密封端透光且密封孔的侧壁不透光；
步骤S30：在板体的一侧设置图像传感器，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的探测光。
具体地，在步骤S10包括如下步骤：
步骤S11：将一定比例的碳酸铯(Cs2CO3)、十八烯(ODE)和油酸(2.5mL，OA)一起装入100mL三颈烧瓶中，在120℃下干燥30min，然后在保护性惰性气体的氛围下加热至150℃直到所有碳酸铯与油酸反应。由于油酸铯在室温下从十八烯中析出，在注入前必须预热到150℃。
步骤S12：将一定比例的十八烯(ODE)和卤化铅(PbX2)，油胺(OLA)和油酸(OA)一起装入25mL三颈烧瓶中，在120℃下真空干燥30min。在完全溶解PbX2盐后，将温度升高至140-200℃(用于调节纳米晶的尺寸)，并快速注入一定量的油酸铯溶液(在ODE中，如步骤S11制备得到的油酸铯溶液)，反应5s后，通过冰水浴冷却反应混合物。对于CsPbCl3，需要高温和其他溶剂来溶解PbCl2。
步骤S13：用水浴冷却步骤S12制备得到的溶液，第一遍直接离心倒去上层清液，第二遍用正辛烷和乙酸甲酯的混合溶剂进行离心清洗(体积比1：2)。离心后，上清液被丢弃，颗粒重新分散在正辛烷中，形成长期稳定的胶体状钙钛矿量子点溶液。
示例性地，步骤S11的混合反应溶液中碳酸铯的质量为0.814g，十八烯体积为40mL，以及油酸体积为2.5mL。步骤S11中保护性惰性气体为氦气、氮气和氩气中的其中一种。步骤S12中钙钛矿量子点闪烁体制备过程中的卤化铅可以是碘化铅(PbI2)、溴化铅(PbBr2)、氯化铅(PbCl2)或其混合物。在步骤S12中，十八烯体积为5mL，卤化铅为0.188mmol，油胺体积为0.6mL，以及油酸体积为0.6mL，注射油酸铯溶液是0.125mol，即0.4mL。制备CsPbCl3过程中溶解PbCl2所需高温为150℃，所需溶剂为1mL的三辛基膦(TOP，97％)。步骤S13中第二遍离心清洗的混合溶剂体积比是正辛烷：乙酸甲酯＝1：2。
进一步地，在步骤S20中，通过毛细作用将制备好的钙钛矿量子点液体吸入到各个通孔14中，通孔14的孔径和高度的范围均可以调节，以最大限度的提升成像的灵敏度。通过将闪烁体层进行像素化处理，可以避免可见光相互干扰，提升成像的分辨率。
其中，将密封孔的相对两端密封的方法包括：在所述板体的相对两端分别涂覆光学胶；对光学胶进行固化处理，分别形成第一封装层12和第二封装层13，所述第一封装层12和所述第二封装层13分别将通孔14的两端密封。示例性地，将液体状的光学胶均匀地涂在PET膜上后，再将涂上胶的PET膜贴在板体的上下表面，光学胶固化后将PET膜撕掉，得到封装好的阵列式闪烁体屏10。光学胶层(OCA)无色透明，透光率98％以上，粘接强度好，且固化收缩率小，耐黄变等。光学胶层可有效地将可见光传到图像传感器20。
本实施例公开的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器及其制备方法，通过将闪烁体层进行像素化处理，形成多个独立的探测单元，可以避免可见光相互干扰，在不增加探测器整体面积的前提下，可以探测更多束X射线，以提升成像的空间分辨率和灵敏度。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述阵列式X射线探测器包括：
阵列式闪烁体屏，具有阵列分布的若干密封孔，每个所述密封孔中填充有钙钛矿量子点液体，所述密封孔的密封端透光且所述密封孔的侧壁不透光；
图像传感器，设置于所述阵列式闪烁体屏的一端，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的可见光。
2.根据权利要求1所述的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述阵列式闪烁体屏包括板体、第一封装层和第二封装层，所述板体上设置有阵列分布的若干通孔，所述第一封装层和所述第二封装层分别设置于所述板体的相对两侧，以将所述通孔的两端密封，构成密封孔。
3.根据权利要求2所述的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述图像传感器贴合于所述第一封装层或者所述第二封装层上。
4.根据权利要求2所述的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述密封孔的孔径范围为10μm～240μm。
5.根据权利要求2所述的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述第一封装层和所述第二封装层均为光学胶层。
6.根据权利要求3所述的阵列式X射线探测器，其特征在于，所述图像传感器包括阵列分布的若干光敏元和辅助电路，若干所述光敏元与若干所述密封孔一一对应，所述光敏元用于将光信号转换为电信号，所述辅助电路用于传输电信号。
7.一种权利要求1至6任一项所述的基于钙钛矿量子点的阵列式X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
制备得到胶体状的钙钛矿量子点液体；
将胶体状的钙钛矿量子点液体注入到板体上阵列分布的各个通孔中，并将通孔的相对两端密封形成密封孔，其中密封孔的密封端透光且密封孔的侧壁不透光；
在板体的一侧设置图像传感器，用于接收钙钛矿量子点液体在X射线辐照下产生的探测光。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将密封孔的相对两端密封的方法包括：
在所述板体的相对两端分别涂覆光学胶；
对光学胶进行固化处理，分别形成第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和所述第二封装层分别将通孔的两端密封。
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