闪烁体是高能辐射探测器的重要组成部分，可将高能粒子转换为易于探测的紫外-可见光子，在高能物理、无损检测、放射化学、医学诊断等领域发挥着重要作用。常见的闪烁体材料主要分为无机闪烁体和有机闪烁体。总体来看，无机闪烁体的光产额高、线性好，但是其制备条件较为苛刻，成本高昂，且制备的闪烁体刚性易碎，在非平面物体成像领域因高能射线分布不均而导致出现晕染问题。同时，无机大面积薄膜闪烁体制备工艺复杂，这些因素极大限制了其在柔性探测器件上的应用。有机闪烁体相对于无机闪烁体则在柔性探测器上有突出优势，并且其光学性质可通过分子设计进行调谐，便于闪烁体的设计和定制。同时，有机闪烁体的荧光衰减寿命较短，可实现快速检测，能更加高效地探测热中子，并且基于脉冲形状和脉冲高度可进行有效的中子/γ射线识别。此外，有机闪烁体具有更高的稳定性和低毒性，使其在生物医疗领域具有独特优势。需要注意的是，由于有机闪烁体一般由C/H/O/N等低原子序数的元素构成，因此其对高能射线的吸收能力非常有限，光产额低，检测限差。另外，传统有机闪烁体低的激子利用率也极大限制了有机闪烁体的发展。

到目前为止，科学家发展了一系列方法来克服上述有机闪烁体的缺陷。一方面，在有机闪烁体分子上直接引入重原子或者利用金属团簇、有机-无机杂化体系、有机金属骨架 (MOF) 中的金属原子来提高对高能射线的吸收能力，从而提高闪烁体的综合性能。另一方面，利用各种高能射线敏化剂和发射中心，如热致延迟荧光 (TADF) 分子、磷光配合物等来构建具有高效能量转移的闪烁体体系。这些工作有效提高了闪烁体的光产额、激子利用率以及能量转移效率。然而，上述的有机闪烁体和/或有机-无机杂化闪烁体都存在一个难以克服的问题，即ACQ现象。传统闪烁体在应用层面，分子越聚集而发光性能越差，这极大限制了有机闪烁体的进一步发展和应用。幸运的是，AIE材料的发现，打破了这一僵局。科学家通过合理的分子设计和制备技术，可以赋予闪烁体AIE性质，可有效克服传统闪烁体的固有缺陷。AIE闪烁体在过去五年 (特别是近三年) 中取得了快速发展，与传统闪烁体相比，AIE闪烁体表现出卓越的性能。例如，通过分子设计和制备技术赋予闪烁体AIE性质，不仅有效抑制了ACQ现象，同时这些AIE闪烁体具有高的X射线成像分辨率、高的光产额、低的X射线检测限和短的辐射发光衰减寿命。此外，AIE闪烁体往往表现出传统闪烁体所没有的独特性质。如在聚集态下的多刺激响应行为等。另外，与传统闪烁体相比，AIE闪烁体表现出更广泛的应用。例如，在生命科学领域，可将其用于肿瘤诊疗一体化，协同放射治疗或放射动力治疗等策略改善肿瘤的治疗效果；在光电领域，AIE闪烁体被应用到光通讯、发光器件等。

迄今为止已经发表了几篇相关综述，但是目前关于AIE闪烁体的综述还存在以下问题：(1) 到目前为止，鲜有相关综述对AIE闪烁体进行总结和评述。因此，需要对AIE闪烁体进行更全面、系统的讨论和总结。(2) 近五年以来，AIE闪烁体得到快速发展，开发出众多新型闪烁体分子或能量转移体系。因此，有必要提供相应的综述来讨论和总结这些进展。(3) AIE闪烁体独特的分子结构以及新颖的闪烁体的制备方法赋予闪烁体体系的结构多样性和丰富的光物理性质，从而使AIE闪烁体具有更广泛的功能。以往关于闪烁体的综述并没有对这些AIE闪烁体的结构进行系统的分类和总结，缺乏对“分子结构-分子性质-功能应用”之间关系的全面分析。

近日，香港科技大学唐本忠院士课题组根据闪烁体的发光机制和构建策略，将AIE闪烁体大致分为五类，分别为AIE传统荧光闪烁体、AIE TADF闪烁体、AIE有机-无机杂化闪烁体、AIE金属团簇闪烁体以及AIE MOF闪烁体 (图1)。该综述首先详细介绍各类型AIE闪烁体的构建方法和发光机制。随后总结各类型AIE闪烁体的优缺点和发展趋势。例如，AIE传统荧光闪烁体有效抑制了有机闪烁体的ACQ现象，从而提高了发光效率和光产额，进而提高了成像分辨率。然而，传统AIE闪烁体对高能辐射的吸收有限、光产额偏低、激子利用率低。科学家们在此基础上开发出一系列方法来解决这些问题：(1) 在AIE传统荧光分子中引入重原子，提高闪烁体对高能射线的吸收能力。(2) 利用分子的TADF特性，构建AIE TADF闪烁体，提高激子利用效率和成像分辨率。同时，利用TADF本征的瞬时寿命和延时寿命来赋予AIE TADF闪烁体高效的脉冲形状鉴别（PSD）特性。(3) 构建AIE有机-无机杂化闪烁体，利用金属卤化物对X射线的高吸收和AIE分子的快速辐射发光，降低闪烁体的检测限。(4) 构建AIE金属团簇闪烁体 (利用金属重原子对高能辐射的强吸收能力)，可发展高效低剂量X射线诱导的光动力疗法。(5) 构建AIE MOF闪烁体，进一步增加材料体系的光产额，提高成像分辨率。此外，该综述阐述了AIE闪烁体与其光物理性质之间的结构-性能关系。

进一步，该综述系统地总结了AIE闪烁体的应用，并全面分析了AIE闪烁体在光物理性质和功能应用方面相对于传统有机闪烁体的优势，并进一步阐明了分子结构与功能应用之间的关系 (图1)。具体内容包括：(1) 阐述材料的AIE特性如何提升闪烁体在高能射线探测方向的性能。例如，分子的AIE特性使得分子在晶体或固态时具有高的光产额，大大提高了闪烁体对高能射线的探测能力。解决了常规有机闪烁体在聚集态下的ACQ问题。这部分强调了闪烁体AIE特性与其他光电特性的配合，体现了AIE材料的协同效应。(2) 阐述材料的AIE特性如何提升闪烁体的成像分辨率。例如，材料的AIE特性可以与TADF特性协同，可以大大提高体系的激子利用率。而且，金属团簇闪烁体、有机-无机杂化闪烁体、MOF闪烁体都可以利用金属的重原子效应和材料的AIE特性来提高闪烁体的成像分辨率。本部分强调闪烁体AIE特性与其他光电特性的配合，体现AIE材料的协同效应。(3) 阐述材料的AIE特性如何增强闪烁体的放射动力学治疗性能。AIE分子在生物方向具有很大的应用潜力，在肿瘤成像和治疗方向有很大的应用优势。放射治疗是临床上应用最广泛的方法之一，因此本部分将重点阐述闪烁体的AIE特性如何与放射治疗相配合，使AIE闪烁体在肿瘤成像和治疗上有更大的应用价值。本部分强调闪烁体AIE特性与其他生物诊断特性的相互作用，体现AIE材料的协同作用以及涌现性和多样性。(4) 阐述AIE闪烁体的多功能化。本部分强调AIE闪烁体在聚集过程中可能会出现和分化出新的结构、性质和功能，体现AIE材料的涌现性和多样性。如多刺激响应性能以及与其他光电功能器件集成的总体趋势。

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图1. AIE闪烁体设计新进展：结构调控策略、机理及应用。

这项成果近期发表在Chem 上。香港科技大学唐本忠院士课题组博士后阳生熠、张亮、陈盈盈以及香港大学周慈勇教授课题组的博士生孔繁诚为文章的共同第一作者，香港科技大学林荣业教授、郭子健教授、唐本忠院士以及香港大学周慈勇教授为文章的通讯作者。

Scintillators with aggregation-induced emission

Sheng-Yi Yang, Liang Zhang, Fan-Cheng Kong, Yingying Chen, Wei-Jian Li, Fei Wang, Cheng Liu, Xuan He, Xuedong Xiao, Jin Wang, Jianwei Sun, Philip C.Y. Chow*, Ryan T.K. Kwok*, Jacky W.Y. Lam*, Ben Zhong Tang*

Chem, 2025, DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102534

以上内容转载自https://www.x-mol.com/news/919350

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