全有機探測器對于先進(jìn)劑量測定應(yīng)用極具前景，因為其機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。此外，人體組織等效特性使其成為醫(yī)學(xué)劑量測定應(yīng)用的理想候選者，正如近年來通過有機薄膜和單晶直接檢測電離輻射所證明的那樣。電離輻射的間接檢測是另一種有效的工具，通過兩個步驟實現(xiàn):（i）由閃爍體將電離輻射轉(zhuǎn)化為可見光子，以及（ii）通過合理匹配的光電器件將閃爍體發(fā)射的可見光子轉(zhuǎn)化為電信號。為了開發(fā)電離輻射的間接探測器，需要通過合理匹配的光電器件將閃爍體產(chǎn)生的紫外-可見（UV–vis）光子轉(zhuǎn)換成電信號。這種使用有機電子器件的方法，迄今為止僅針對X射線檢測進(jìn)行了探索。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，意大利博洛尼亞大學(xué)（University of Bologna）報道了一種用于質(zhì)子束實時監(jiān)測的柔性全有機探測器。該探測器以間接模式工作，由耦合在有機光電晶體管（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），檢測限為0.026 Gy/min。該探測器旨在實現(xiàn)質(zhì)子治療過程中的實時和原位劑量監(jiān)測，并顯示出機械柔性和低功耗運行。這種質(zhì)子探測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)行實時粒子探測，適用于從實驗科學(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，并結(jié)合了高偏壓應(yīng)力耐受性和彎曲穩(wěn)定性以及弱光強度下的高靈敏度（合適的光吸收波長下）。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光電晶體管耦合的柔性全有機質(zhì)子探測器。

柔性全有機間接質(zhì)子探測器

所開發(fā)的全有機耦合間接探測器在暴露于5 MeV質(zhì)子束的循環(huán)下進(jìn)行測試。在質(zhì)子治療過程的典型操作條件下，整個裝置在脈沖質(zhì)子通量下顯示出響應(yīng)穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。對于與基于PSS100和PVP-MPS的閃爍體耦合的OPT，檢測到的最低劑量率分別為0.043 Gy/min和0.026 Gy/min。探測器的響應(yīng)趨勢不受彎曲應(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。

柔性全有機間接探測器的質(zhì)子探測響應(yīng)

研究人員介紹了一種動力學(xué)模型，可對探測器響應(yīng)機制進(jìn)行合理的物理解釋。該模型能夠定量地再現(xiàn)探測器在質(zhì)子照射下的動態(tài)響應(yīng)，并與OPT在UV–vis下的行為進(jìn)行比較。計算的曲線與兩種條件下的實驗曲線很好地重疊，證實了OPT響應(yīng)完全是受閃爍體發(fā)射的光的影響。正確再現(xiàn)了探測器工作范圍內(nèi)的響應(yīng)（上升和下降動態(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。通過實驗和計算分析證實，快速響應(yīng)是重復(fù)出現(xiàn)的，與持續(xù)電流漂移無關(guān)，因此評估了所開發(fā)的器件作為實時質(zhì)子探測器的適用性。最后，探測器響應(yīng)中兩種成分的量化可用于兩種同步模式，正如最近針對具有類似行為的直接有機質(zhì)子探測器所提出的:（i）質(zhì)子輻射的實時監(jiān)測和（ii）總接收劑量的監(jiān)測。

柔性全有機間接質(zhì)子探測器的物理模型

本研究證明了一種柔性全有機間接質(zhì)子探測器的適用性，其能夠?qū)崟r定量監(jiān)測由MeV質(zhì)子束照射釋放的劑量。該探測器的柔性和低工作電壓已經(jīng)過評估，確保其作為個人劑量計使用時的高舒適性和低電風(fēng)險。這項工作展示了全有機薄膜柔性器件在質(zhì)子探測領(lǐng)域（從實驗科學(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