聚苯乙烯/甲基橙色复合材料作为高剂量辐射剂量计的 spectrophotometrically 研究及其在医疗灭菌领域的应用潜力

【编辑推荐】本研究针对医疗灭菌领域对高剂量辐射剂量计的迫切需求，创新性地开发了掺杂甲基橙色(MO)的聚苯乙烯(PS)薄膜复合材料。通过60Co γ射线(1-13 kGy)辐照实验证实，0.2% MO/PS体系具有优异的线性剂量响应和20天稳定性，其700 nm波长处的最大光吸收差达1.122，为医疗器械辐射灭菌提供了新型低成本、高精度的剂量监测方案。

　　

在医疗器材和药品生产领域，辐射灭菌技术因其高效穿透性和常温操作优势，已成为替代传统热力灭菌的重要选择。⁶⁰Co γ射线作为主流辐射源，其剂量精确监测直接关系到灭菌效果与材料安全性。然而现有剂量计存在成本高、线性范围窄等问题，特别是针对1-13 kGy的高剂量区间缺乏稳定可靠的聚合物基监测材料。聚苯乙烯(PS)虽具有辐射稳定性好的特点，但纯PS的剂量响应灵敏度不足；甲基橙色(MO)染料虽能增强光响应，但高浓度掺杂易导致非线性效应。这一矛盾制约着新型剂量计的开发。

针对这一技术瓶颈，伊拉克科技大学的研究团队在《Applied Radiation and Isotopes》发表创新成果。研究人员采用溶液浇铸法制备了不同MO掺杂比例(0.2%-1% wt/wt)的PS薄膜，通过紫外-可见分光光度计分析⁶⁰Co辐照前后的光吸收特性变化，结合FTIR和光学显微镜表征材料微观结构演变。研究发现0.2% MO/PS在700 nm处呈现优异线性响应，其ΔA_max=1.122的性能指标显著优于纯PS(ΔA_max=1.291)，且20天内信号衰减<5%。

Sample preparation
采用二氯甲烷溶解PS颗粒(10% wt/vol)，掺入梯度浓度MO染料(0.2%-1%)，浇铸成0.2±0.05 mm薄膜。通过磁力搅拌和气泡控制确保材料均一性。

Absorption spectra
未辐照样品在270 nm处出现π-π*跃迁特征峰。辐照后0.2% MO/PS在700 nm处吸收变化与剂量呈线性相关(R²>0.98)，而高浓度MO样品出现信号饱和。光学显微镜显示高剂量(13 kGy)下材料表面产生微裂纹和气泡，但0.2%组结构完整性最佳。

Conclusion
该研究证实0.2% MO/PS复合材料兼具宽线性范围(1-13 kGy)和长期稳定性，其光响应机制源于γ射线诱导的共轭结构改变。相比传统丙氨酸剂量计，该材料成本降低80%且可制成柔性薄膜，特别适合医疗器械包装的集成化剂量监测。FTIR分析表明苯环结构在辐照后保持稳定，这是剂量响应可重复性的分子基础。研究为医疗灭菌行业提供了新型剂量监测解决方案，同时拓展了芳香族聚合物在辐射传感领域的应用前景。