镝掺杂四硼酸镁(MgB4O7:Dy3+)的辐射发光与光激励发光特性研究：新型组织等效剂量计的突破

为解决放疗剂量监测中组织等效材料发光性能不足的问题，研究人员首次系统研究了Dy3+单掺杂MgB4O7的RL（辐射发光）和OSL（光激励发光）特性。通过陶瓷与溶液辅助法合成材料，证实其线性剂量响应特性，为开发无热淬灭、抗切伦科夫辐射干扰的新型剂量计奠定基础。

　　

在精准放疗时代，如何实时监测生物组织吸收剂量是医学物理学的核心挑战。当前商用OSL剂量计Al₂O₃:C和BeO存在原子序数偏离软组织（Z_eff≈7.42）的问题，而传统Li₂B₄O₇等组织等效材料又面临发光效率低的困境。更棘手的是，LINAC（直线加速器）治疗中产生的切伦科夫辐射（~380nm）会干扰常规荧光材料的信号检测。这些矛盾促使科学家将目光投向兼具组织等效性与高效发光的稀土掺杂硼酸盐体系。

墨西哥国立自治大学等机构的研究人员独辟蹊径，选择此前从未被单独研究的Dy³⁺单掺杂四硼酸镁(MgB₄O₇)作为突破口。通过对比陶瓷法(CM)与溶液辅助法(SAM)两种合成工艺，首次揭示了该材料在480nm和575nm处的特征发射峰（对应Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_J跃迁），其发光范围完美避开了切伦科夫辐射干扰区。相关成果发表在《Journal of Luminescence》，为开发新一代实时剂量监测系统提供了关键材料基础。

研究采用X射线衍射(XRD)验证晶体结构，扫描电镜(SEM)表征形貌差异，结合RL/OSL光谱分析系统评估剂量学性能。特别值得注意的是，团队建立了0.1-100Gy范围内的β辐照剂量-响应曲线，证实其优异的线性特性。

【XRD和SEM表征】
CM法制备样品呈现球形颗粒不规则聚集，而SAM法则形成多孔结构。XRD证实除4mol% Dy掺杂CM样品出现微量t-Mg₂B₂O₅杂相外，其余均保持纯相MgB₄O₇结构，晶格参数变化揭示Dy³⁺成功取代Mg²⁺位点。

【结论】
该研究突破性地证明：1）Dy单掺杂即可实现MgB₄O₇的RL/OSL双模式发光，无需传统双掺杂策略；2）SAM法制备样品显示出更均匀的OSL衰减曲线；3）575nm黄光发射与生物组织光学窗口匹配，特别适合光纤传导监测。这些发现不仅填补了稀土单掺杂硼酸盐发光机制的认知空白，更推动组织等效剂量计向"实时监测+多读校验"的临床应用迈进。

讨论部分特别强调，相比已报道的Dy-Li共掺杂体系，单Dy³⁺掺杂避免了碱金属引起的浅陷阱干扰，这对提升剂量计的环境稳定性至关重要。未来研究将聚焦于优化合成工艺以消除t-Mg₂B₂O₅杂相，并探索3D打印技术制备柔性剂量计的可能性。这项工作由PAPIIT DGAPA-UNAM等项目资助，体现了拉丁美洲科研机构在辐射防护材料领域的创新活力。