全有機(jī)探測(cè)器對(duì)于先進(jìn)劑量測(cè)定應(yīng)用極具前景，因?yàn)槠?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械特性允許器件適應(yīng)輪廓復(fù)雜的大面積表面，并且具有優(yōu)異的便攜性和重量輕等特點(diǎn)。此外，人體組織等效特性使其成為醫(yī)學(xué)劑量測(cè)定應(yīng)用的理想候選者，正如近年來(lái)通過(guò)有機(jī)薄膜和單晶直接檢測(cè)電離輻射所證明的那樣。電離輻射的間接檢測(cè)是另一種有效的工具，通過(guò)兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn):（i）由閃爍體將電離輻射轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光子，以及（ii）通過(guò)合理匹配的光電器件將閃爍體發(fā)射的可見(jiàn)光子轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。為了開(kāi)發(fā)電離輻射的間接探測(cè)器，需要通過(guò)合理匹配的光電器件將閃爍體產(chǎn)生的紫外-可見(jiàn)（UV–vis）光子轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這種使用有機(jī)電子器件的方法，迄今為止僅針對(duì)X射線(xiàn)檢測(cè)進(jìn)行了探索。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近日，意大利博洛尼亞大學(xué)（University of Bologna）報(bào)道了一種用于質(zhì)子束實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的柔性全有機(jī)探測(cè)器。該探測(cè)器以間接模式工作，由耦合在有機(jī)光電晶體管（OPT）的聚硅氧烷基閃爍層組成，具有良好的柔韌性和較低的工作電壓（V = ?1 V），檢測(cè)限為0.026 Gy/min。該探測(cè)器旨在實(shí)現(xiàn)質(zhì)子治療過(guò)程中的實(shí)時(shí)和原位劑量監(jiān)測(cè)，并顯示出機(jī)械柔性和低功耗運(yùn)行。這種質(zhì)子探測(cè)器是一種很有前途的工具，可在大面積和不規(guī)則表面上進(jìn)行實(shí)時(shí)粒子探測(cè)，適用于從實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究到創(chuàng)新治療診斷學(xué)領(lǐng)域中的許多應(yīng)用。

在本研究中，基于雙萘并[2,3-b:2′，3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩（DNTT）作為活性層的OPT被制造在100?μm厚的聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）箔上，這可將柔性與無(wú)載體大面積兼容工藝相結(jié)合。OPT為在低電源電壓下工作而設(shè)計(jì)，并結(jié)合了高偏壓應(yīng)力耐受性和彎曲穩(wěn)定性以及弱光強(qiáng)度下的高靈敏度（合適的光吸收波長(zhǎng)下）。然后，將500 μm厚的閃爍塑料薄膜直接集成在鈍化層的頂部。使用聚硅氧烷基的基質(zhì)、主染料（2,5-二苯基惡唑，PPO）和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（Lumogen Violet）合成閃爍體。最終，制備出一種聚硅氧烷基柔性閃爍體與柔性有機(jī)光電晶體管耦合的柔性全有機(jī)質(zhì)子探測(cè)器。

柔性全有機(jī)間接質(zhì)子探測(cè)器

所開(kāi)發(fā)的全有機(jī)耦合間接探測(cè)器在暴露于5 MeV質(zhì)子束的循環(huán)下進(jìn)行測(cè)試。在質(zhì)子治療過(guò)程的典型操作條件下，整個(gè)裝置在脈沖質(zhì)子通量下顯示出響應(yīng)穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。對(duì)于與基于PSS100和PVP-MPS的閃爍體耦合的OPT，檢測(cè)到的最低劑量率分別為0.043 Gy/min和0.026 Gy/min。探測(cè)器的響應(yīng)趨勢(shì)不受彎曲應(yīng)力的影響，并且質(zhì)子誘發(fā)的光電流在彎曲器件中僅略有增加。該探測(cè)器在極低的偏置電壓（-1 V）下工作，因此符合電氣安全的基本要求，并且電源電壓較低。

柔性全有機(jī)間接探測(cè)器的質(zhì)子探測(cè)響應(yīng)

研究人員介紹了一種動(dòng)力學(xué)模型，可對(duì)探測(cè)器響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行合理的物理解釋。該模型能夠定量地再現(xiàn)探測(cè)器在質(zhì)子照射下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并與OPT在UV–vis下的行為進(jìn)行比較。計(jì)算的曲線(xiàn)與兩種條件下的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)很好地重疊，證實(shí)了OPT響應(yīng)完全是受閃爍體發(fā)射的光的影響。正確再現(xiàn)了探測(cè)器工作范圍內(nèi)的響應(yīng)（上升和下降動(dòng)態(tài)）以及持續(xù)光電流的逐步增加。在質(zhì)子通量下的響應(yīng)中識(shí)別的兩種成分（快速光電流和持續(xù)光電流）歸因于兩種具有不同恢復(fù)活化能分布平均值的光致缺陷。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算分析證實(shí)，快速響應(yīng)是重復(fù)出現(xiàn)的，與持續(xù)電流漂移無(wú)關(guān)，因此評(píng)估了所開(kāi)發(fā)的器件作為實(shí)時(shí)質(zhì)子探測(cè)器的適用性。最后，探測(cè)器響應(yīng)中兩種成分的量化可用于兩種同步模式，正如最近針對(duì)具有類(lèi)似行為的直接有機(jī)質(zhì)子探測(cè)器所提出的:（i）質(zhì)子輻射的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和（ii）總接收劑量的監(jiān)測(cè)。

柔性全有機(jī)間接質(zhì)子探測(cè)器的物理模型

本研究證明了一種柔性全有機(jī)間接質(zhì)子探測(cè)器的適用性，其能夠?qū)崟r(shí)定量監(jiān)測(cè)由MeV質(zhì)子束照射釋放的劑量。該探測(cè)器的柔性和低工作電壓已經(jīng)過(guò)評(píng)估，確保其作為個(gè)人劑量計(jì)使用時(shí)的高舒適性和低電風(fēng)險(xiǎn)。這項(xiàng)工作展示了全有機(jī)薄膜柔性器件在質(zhì)子探測(cè)領(lǐng)域（從實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究到創(chuàng)新治療診斷學(xué)）各種應(yīng)用中的潛力。

審核編輯：劉清