全有機探測器對于先進劑量測定應用極具前景，因為其機械特性允許器件適應輪廓復雜的大面積表面，并且具有優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學劑量測定應用的理想候選者，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:（i）由閃爍體將電離輻射轉化為可見光子，以及（ii）通過合理匹配的光電器件將閃爍體發射的可見光子轉化為電信號。為了開發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生的紫外-可見（UV–vis）光子轉換成電信號。這種使用有機電子器件的方法，迄今為止僅針對X射線檢測進行了探索。

據麥姆斯咨詢報道，近日，意大利博洛尼亞大學（University of Bologna）報道了一種用于質子束實時監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。該探測器旨在實現質子治療過程中的實時和原位劑量監測，并顯示出機械柔性和低功耗運行。這種質子探測器是一種很有前途的工具，可在大面積和不規則表面上進行實時粒子探測，適用于從實驗科學研究到創新治療診斷學領域中的許多應用。

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合。OPT為在低電源電壓下工作而設計，并結合了高偏壓應力耐受性和彎曲穩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、主染料（2,5-二苯基惡唑，PPO）和波長轉換器（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子探測器。

柔性全有機間接質子探測器

所開發的全有機耦合間接探測器在暴露于5 MeV質子束的循環下進行測試。在質子治療過程的典型操作條件下，整個裝置在脈沖質子通量下顯示出響應穩定性和再現性。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。探測器的響應趨勢不受彎曲應力的影響，并且質子誘發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子探測響應

研究人員介紹了一種動力學模型，可對探測器響應機制進行合理的物理解釋。該模型能夠定量地再現探測器在質子照射下的動態響應，并與OPT在UV–vis下的行為進行比較。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響應完全是受閃爍體發射的光的影響。正確再現了探測器工作范圍內的響應（上升和下降動態）以及持續光電流的逐步增加。在質子通量下的響應中識別的兩種成分（快速光電流和持續光電流）歸因于兩種具有不同恢復活化能分布平均值的光致缺陷。通過實驗和計算分析證實，快速響應是重復出現的，與持續電流漂移無關，因此評估了所開發的器件作為實時質子探測器的適用性。最后，探測器響應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子探測器所提出的:（i）質子輻射的實時監測和（ii）總接收劑量的監測。

柔性全有機間接質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子探測器的適用性，其能夠實時定量監測由MeV質子束照射釋放的劑量。該探測器的柔性和低工作電壓已經過評估，確保其作為個人劑量計使用時的高舒適性和低電風險。這項工作展示了全有機薄膜柔性器件在質子探測領域（從實驗科學研究到創新治療診斷學）各種應用中的潛力。

審核編輯：劉清