I raggi X sono onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda corte e una forte penetrabilità nella materia fisica, compresi gli organismi vivi. Gli scintillatori in grado di convertire i raggi X in fotoni ultravioletti (UV), visibili o nel vicino infrarosso (NIR) sono ampiamente utilizzati per realizzare il rilevamento di raggi X indiretti e l'imaging XEOL in molti campi. Includono la diagnosi medica, la tomografia computerizzata (TC), l'esplorazione dello spazio e il materiale industriale non distruttivo e le ispezioni di sicurezza.

Gli scintillatori di massa commerciali possiedono un'elevata resa luminosa (LY) e una risoluzione energetica superiore. Tuttavia, presentano diversi inconvenienti, come procedure di fabbricazione complesse, costose apparecchiature sperimentali, lunghezza d'onda XEOL non sintonizzabile e scarsa processabilità del dispositivo. Tutti producono emissioni nella gamma spettrale del visibile, ma avere XEOL nella gamma NIR potrebbe trovare applicazioni più interessanti in biomedicina. I cristalli spessi generano anche una dispersione della luce seguita da un'evidente diafonia del segnale in un array di fotodiodi.

Recentemente, le perovskiti agli alogenuri metallici sono state studiate per il rilevamento dei raggi X. Sfortunatamente, questi materiali mostravano anche alcune limitazioni intrinseche, come scarsa stabilità foto/ambientale, tossicità da metalli pesanti e basso LY. Pertanto, la ricerca per lo sviluppo di una nuova generazione di scintillatori è ancora un focus considerevole della ricerca scientifica.

In un nuovo articolo pubblicato su eLight , un team di scienziati, guidato dal professor Prasad N. Paras dell'Università di Buffalo, ha studiato l'uso di NS al fluoruro drogati con lantanide. Il loro articolo ha esaminato le strategie di progettazione e le nanostrutture che consentono la manipolazione delle dinamiche di eccitazione in una geometria core-shell.

Gli NS al fluoruro drogati con lantanide evitano i limiti degli scintillatori di massa e delle perovskiti agli alogenuri metallici. Presentano anche molte proprietà utili. Le strutture core-shell degli NS con fluoruro drogato con lantanide possono essere ottimizzate e progettate su richiesta impiegando un metodo chimico umido economico e conveniente. Le lunghezze d'onda di emissione possono essere sintonizzate ed estese alla seconda finestra NIR, beneficiando degli abbondanti livelli di energia degli attivatori dei lantanidi.

Questi NS mostrano una fotostabilità superiore, una bassa tossicità e una comoda processabilità del dispositivo. Li rende candidati promettenti per NS di prossima generazione e imaging XEOL. Inoltre, esibiscono proprietà XEPL, mostrando applicazioni promettenti in biomedicina e codifica ottica delle informazioni. La combinazione di XEOL e XEPL li rende adatti per ampliare l'ambito delle loro applicazioni.

Negli ultimi anni sono stati fatti progressi significativi nello sviluppo di NS. Il team di ricerca ha discusso le strategie di progettazione e la nanostruttura che consentono la manipolazione della dinamica di eccitazione in una geometria core-shell. Producono anche XEOL, XEPL, upconversion di fotoni (UC) e downshifting (DS). Consente l'emissione a lunghezze d'onda multiple ea scale temporali variabili.

Il principio di funzionamento fondamentale dell'imaging XEOL è quello di registrare l'attenuazione dei raggi X dopo la penetrazione nel soggetto con uno scintillatore e l'imaging con una fotocamera. Lo schermo scintillatore è posizionato sotto il bersaglio per assorbire i fotoni dei raggi X trasmessi. Una bassa dose di raggi X che penetrano negli organismi vivi consente l'applicazione della tomografia computerizzata. La penetrazione della materia non vivente consente l'ispezione della qualità e della sicurezza del prodotto. La dose di irradiazione dei raggi X dovrebbe essere sufficientemente bassa da garantire la sicurezza, mentre l'alta risoluzione e il contrasto distinto sono importanti per l'analisi dell'immagine.

I raggi X, radiazioni ionizzanti con profondità di penetrazione profonda nel corpo umano, sono stati ampiamente studiati per applicazioni di radioterapia e bioimaging. Il forte XEOL può attivare i fotosensibilizzanti per generare specie reattive dell'ossigeno. Rallentano o arrestano direttamente la crescita del tumore mediante la terapia fotodinamica, causando infiammazione e compromettendo la microvascolarizzazione.

L'XEPL nella gamma UVC può essere utilizzato per la sterilizzazione e l'uccisione in vivo di agenti patogeni e cellule tumorali. I fluoruri con ampio gap di banda e facile creazione di difetti anionici sono appropriati per generare luminescenza persistente UVC. Le caratterizzazioni sperimentali combinate con i calcoli dei primi principi hanno suggerito che le vacanze di fluoro indotte dall'introduzione di ossigeno agissero come trappole di elettroni.

I fotorilevatori hanno varie applicazioni nel rilevamento biomedico, nell'imaging della fotocamera, nelle comunicazioni ottiche e nella visione notturna. Nei fotorivelatori commerciali, i semiconduttori inorganici cristallini sono impiegati come fotodiodi e fototransistor. Non rispondono efficacemente a un'ampia gamma di energia fotonica che copre i raggi X, i raggi ultravioletti (UV-vis) e la luce NIR.

Sotto l'eccitazione NIR, lo strato di fluoruro drogato con lantanide emette luce UV-vis attraverso processi UC di trasferimento di energia. Si verifica il successivo processo di riassorbimento delle radiazioni dagli attivatori dei lantanidi allo strato di perovskite. L'emissione visibile dallo strato di perovskite è prodotta attraverso la ricombinazione di elettroni nel CB e buchi nel VB.

Questo nanotrasduttore ha mostrato un'ampia risposta lineare ai raggi X con varie velocità di dose e fotoni UV e NIR a diverse densità di potenza. Come discusso nella sezione 4.4, senza integrare lo strato di perovskite, gli NS al fluoruro drogati con lantanide possono essere utilizzati anche per la generazione di XEOL, UC e DS, il che potrebbe essere possibile in teoria per la realizzazione del rilevamento a banda larga e richiedere ulteriori studi nel futuro.

Le nanoparticelle di fluoruro drogate con lantanide sono candidate adatte per NS di prossima generazione grazie alla loro bassa biotossicità, elevata stabilità foto/ambientale, facile processabilità del dispositivo, proprietà XEOL e XEPL sintonizzabili e altre utili caratteristiche.

Per promuovere lo sviluppo di NS al fluoruro ad alte prestazioni e le loro applicazioni pratiche, il team ha discusso di seguito le sfide esistenti e le future opportunità multidisciplinari in questo campo. La comprensione del meccanismo XEOL avvantaggia la progettazione e l'esplorazione di nuovi NS al fluoruro. Al momento, non è chiaro come i portatori di carica a bassa energia cinetica generati vengano trasportati ai centri luminescenti o catturati da difetti e i corrispondenti fattori di influenza.

I primi livelli eccitati non radiativi popolati ei livelli radiativi degli attivatori dei lantanidi sono ottimali quando si calcolano o si caratterizzano le differenze di energia tra questi portatori di carica. Questi calcoli guideranno la progettazione dei processi di trasferimento di energia per abbinare le differenze di energia seguite da una maggiore resa luminosa. L'alto LY è un prerequisito per la realizzazione di applicazioni a bassissima dose. + Esplora ulteriormente

Efficiente luminescenza nel vicino infrarosso in doppie perovskiti ad alogenuri completamente inorganiche drogate con lantanidi