Metal Organic Framework scintillant
Scintillating Metal Organic Framework
Christophe Dujardin (équipe Luminescence), en collaboration avec des collègues de Milan, Genève et Vienne, a publié un article intitulé "Composite fast scintillators based on high-Z fluorescent metal–organic framework nanocrystals" dans la revue Nature Photonics.
Christophe Dujardin (team Luminescence), with colleagues from Milano, Geneva, Wien, published an article entitled "Composite fast scintillators based on high-Z fluorescent metal–organic framework nanocrystals" in the journal Nature Photonics.
Les scintillateurs, matériaux produisant de la lumière par interaction avec un rayonnement, sont largement utilisés dans les détecteurs X ou gamma. En particulier, les tomographes à émission de positons (PET-SCAN), dont le principe est basé sur la détection en coïncidence de deux photons de 511 keV émis dans des directions opposées bénéficierait largement de l’implémentation d’une fonctionnalité temps de vol précise. Dans ce cadre, des scintillateurs rapides permettant une résolution de quelques dizaines de picosecondes sont nécessaires pour atteindre des résolutions de l’ordre du mm. Dans cet article, les auteurs démontrent que des matériaux composites à base de metal-organic framework (MOF) fluorescents peuvent être utilisés comme scintillateurs rapides.
Nous présentons un prototype de scintillateur élaborés en incorporant des nanocristaux de MOF dans un polymère. Les MOF comprennent des clusters de zirconium à haut Z permettant l’interaction avec les rayonnements ionisants, arrangés de manière judicieuse à des distances nanométrique des ligands 9,10-diphenylanthracene émetteurs. L’ensemble permet la sensibilisation rapide du ligand fluorescent permettant de contourner les difficultés liées au mélange de composés. Ce scintillateur a démontré un temps de montée de 45ps et un déclin de fluorescence de 4,1ns sous excitation aux rayons X, l’ensemble permettant d’obtenir une résolution en coïncidence à 511keV de 85ps.
Nous présentons un prototype de scintillateur élaborés en incorporant des nanocristaux de MOF dans un polymère. Les MOF comprennent des clusters de zirconium à haut Z permettant l’interaction avec les rayonnements ionisants, arrangés de manière judicieuse à des distances nanométrique des ligands 9,10-diphenylanthracene émetteurs. L’ensemble permet la sensibilisation rapide du ligand fluorescent permettant de contourner les difficultés liées au mélange de composés. Ce scintillateur a démontré un temps de montée de 45ps et un déclin de fluorescence de 4,1ns sous excitation aux rayons X, l’ensemble permettant d’obtenir une résolution en coïncidence à 511keV de 85ps.
Scintillators, materials that produce light pulses upon interaction with ionizing radiation, are widely employed in radiation detectors. In particular, positron emission tomography based on the coincidence detection of 2 back to back 511 keV photons would significantly benefit from precise time of flight capabilities. In this spirit, fast scintillators enabling a time resolution of tens of picoseconds are required to achieve high-resolution imaging at the millimeter scale. Here we demonstrate that composite materials based on fluorescent metal–organic framework (MOF) nanocrystals can work as fast scintillators.
We present a prototype scintillator fabricated by embedding MOF (Metal Organic Framework) nanocrystals in a polymer. The MOF comprises zirconium oxo-hydroxy clusters, high-Z linking nodes interacting with the ionizing radiation, arranged in an orderly fashion at a nanometric distance from 9,10-diphenylanthracene ligand emitters. Their incorporation in the framework enables fast sensitization of the ligand fluorescence, thus avoiding issues typically arising from the intimate mixing of complementary elements. This proof-of-concept prototype device shows an ultrafast scintillation rise time of 45 ps and a decay time of 4.1 ns under x-ray excitation, the overall leading to a coincidence time resolution of 85ps. This demonstration supports the development of new scintillators based on engineered fluorescent MOF nanocrystals.
We present a prototype scintillator fabricated by embedding MOF (Metal Organic Framework) nanocrystals in a polymer. The MOF comprises zirconium oxo-hydroxy clusters, high-Z linking nodes interacting with the ionizing radiation, arranged in an orderly fashion at a nanometric distance from 9,10-diphenylanthracene ligand emitters. Their incorporation in the framework enables fast sensitization of the ligand fluorescence, thus avoiding issues typically arising from the intimate mixing of complementary elements. This proof-of-concept prototype device shows an ultrafast scintillation rise time of 45 ps and a decay time of 4.1 ns under x-ray excitation, the overall leading to a coincidence time resolution of 85ps. This demonstration supports the development of new scintillators based on engineered fluorescent MOF nanocrystals.
