科學人／帶著走的X光室！這款新材料或許能讓醫療變日常

圖／ChatGPT依據論文示意圖轉繪

每次在醫院進行X光檢查，護理師要求你就定位深呼吸、閃身離去後，是否有些讓你緊張爲難，不知道什麼時候才能動。而對某些無法直立或平躺拍攝的患者來說，照個X光有時像是在做高難度瑜珈，同時也讓X光室的技術人員人仰馬翻。這是因爲傳統的X光偵測器，多半依賴由高原子序元素組成的剛性無機閃爍體（scintillator）。這些硬邦邦的板狀材料，雖然能有效吸收X光，卻讓患者只能保持僵硬才能拍好影像。這不僅限制了X光檢查的應用範圍，在進行3D曲面或大面積成像時，還會導致影像失真。對女性而言，乳房攝影中那冰冷的壓克力板的擠壓，更是令人不適的夢魘。

以「柔」克鋼的新材料：X-Wear

傳統剛性閃爍體的種種限制，促使科學家不斷尋求突破。近期，香港理工大學應用物理學家李旭領導的團隊，成功研發出一種突破性的全無機元織物閃爍體（all-inorganic metafabric scintillator），他們將其命名爲「X-Wear」，並將成果發表在國際期刊《科學進展》（Science Advances）上。

過去，爲了讓閃爍體具備柔性，要嘛使用低原子序的有機材料，要嘛把無機奈米粉末嵌入聚合物基質中；然而，這兩種方法都會犧牲效率和耐用性，且透氣性不佳。本研究團隊創新地運用溶膠凝膠靜電紡絲（sol-gel electrospinning）技術，搭配自持式多滑移系統設計（self-sustained multislip system），成功將原本脆性的無機閃爍體材料轉化爲柔軟、可彎曲的紡織結構。這種製程賦予纖維高度塑性，即使經重複彎曲也不易斷裂。

不僅能屈能伸，X-Wear 在性能上更卓然不凡，其閃爍光輸出比先前的聚合物基質柔性閃爍體高出10倍以上。以摻雜銪的氧化釓（Gd₂O₃:Eu）爲例，透過晶格結構的優化，實驗室下達成99.38%的量子效率（quantum yield），明顯優於傳統粉末形式的 54.57%。此外，X-Wear 還展現極佳的空間解析度，細節無所遁形，又可在低劑量條件下準確偵測，進一步降低患者輻射暴露風險。

更令人振奮的是，X-Wear的X光衰減表現可媲美現有商用級閃爍體，僅需1毫米厚度就能削減超過90%的X光輻射。同時具備優異的透氣性與透溼性，穿戴舒適度不輸棉質布料，適合長時間貼身使用。針對大面積成像的常見挑戰，實驗結果顯示，傳統剛性偵測器從中心到邊緣的輻射發光（radioluminescence）強度會下降50.2%；相較之下，X-Wear僅下降12.5%，能有效避免邊緣模糊與影像失真問題。

服貼身體，隨時隨地偵測X光的種種可能性

一旦這款新型織物順利進入商業化階段，將可實現與人體曲線高度貼合的X光偵測器設計，例如貼合牙齦的全口攝影。在進行乳房攝影時，X-Wear更能設計成類似胸罩的造型，不僅提升檢查時的舒適度，還能拍攝出傳統剛性板材難以捕捉的小病竈。這不只是醫學影像的技術革新，更是用戶體驗上的重大改善。

除了顯著提升現有醫學診斷的舒適度與精準度，X-Wear還可能帶來各種嶄新應用場景。例如可將輕巧柔軟的X-Wear收納於揹包中，搭配微型X光源與智慧型手機，即能打造隨身X光室。另一方面，X-Wear具備優異的輻射吸收能力，僅5毫米厚度即可屏蔽近70%的高能X光。這項特性讓它能縫製於衣物內層，提供第一線醫護人員透氣又輕便的防護選項。

在高危險場景如核電廠或鑽探作業下，X-Wear展現出另一項關鍵應用可行性：其在低劑量X光照射下即會發出明亮的橘色光芒，可作爲即時輻射警示指標。實驗模擬顯示，X-Wear不僅能感測輻射，還可辨識輻射源方向與強度，這有助作業人員迅速評估威脅程度並展開逃生。

儘管X-Wear與柔性光電偵測器的整合仍待實現，且長期穿戴的皮膚安全性與大規模生產的經濟效益仍需進一步評估，但這項以人爲本的材料創新無疑爲穿戴式輻射偵測、成像與防護手段樹立了前所未有的標竿，或許也預示着X光偵測技術將從醫院診間走向日常生活，開啓行動醫療監測的新紀元！

（本文出自2025.07.03《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）