一种荧光柔性纤维膜剂量计及其制备方法和应用

本发明属于高分子辐射化学，具体涉及一种荧光柔性纤维膜剂量计及其制备方法和应用。

背景技术：

1、x射线自发现以来，已广泛应用于医疗、工业检测、灭菌、安检和科学研究等领域。同时，相关人员防止辐射已经成为一个迫切需要解决的全球问题。为了准确标定剂量，许多剂量计也被发明出来，例如电离室剂量计虽具有良好的准确性且能够直接读出剂量，但需要连接电缆和提供高压。热释光剂量计能够作为点剂量测量，但预处理和操作程序过于复杂，也需要较多的读出和校准时间。然而，对于长期暴露于电离辐射环境中的医疗人员、机务人员以及太空工作的宇航员，他们的四肢和胸部是暴露最多的部位。所携带的市售个人剂量计不仅会不便观察或佩戴不适，而且它们只能监测环境剂量，无法准确测量身体上的这些重要部位。如果他们能够根据身上所穿戴衣物或手套的荧光颜色变化，就可以及时避免危险。因此，急需一种柔性可穿戴的荧光x射线剂量计。

2、聚合物荧光薄膜剂量计是一种在受到一定的电离辐射剂量后，荧光颜色能够发生变化的固体薄膜。由于该薄膜具有高灵敏度、剂量响应范围宽和易于制造等优点，因此具有广泛的应用前景。在现有技术中，采用荧光喹啉染料具有遇酸可由蓝色转变为红色荧光的特点，将其与pvc复合成薄膜后，具有辐射响应性能，但灵敏度与线性区间均不高，且通用的成膜方法具有较大的局限性，难以实现轻量化和柔性化。随着柔性剂量计需求增加，溶液法制备的有些聚合物薄膜过于坚硬，逐渐开始以聚合物纤维制造薄膜剂量计。普通纺丝技术无法生产超细纤维，干法纺丝和湿法纺丝等工艺，通常可以得到直径在5μm到50μm之间的纤维，而静电纺丝是一种能够生产均匀纳米纤维的技术。采用静电纺丝技术生产的纤维具有柔性好、直径均匀、高比表面积和高孔隙率等优点。通过混合聚合物和荧光染料并采用静电纺丝技术生产柔性荧光纳米纤维膜，是制备电离辐射剂量计的一种有效途径。将静电纺丝技术与荧光喹啉染料结合得到的新型剂量计，可实现更好的柔性、响应灵敏度、线性响应范围等多重优势，与现有技术相比具有显著的优越性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种荧光柔性纤维膜剂量计及其制备方法和应用，所述荧光纤维膜剂量计在0-350gy范围内具有线性响应。此外，该剂量计还具有灵敏度高、性能稳定、柔性较好和可贴合皮肤等优点，可用于放射医疗、科学研究和辐射工业中。

2、为了实现本发明的目的，本发明将采用如下所述的技术方案加以实施。

3、一种荧光柔性纤维膜剂量计是由按照重量份数计的聚氯乙烯10-15份和荧光喹啉染料0.01-0.02份以及有机溶剂100份制备而成的；其中：

4、所述荧光喹啉染料的结构式为：

5、

6、所述荧光柔性纤维膜剂量计的纤维直径为100nm～900nm；

7、所述荧光柔性纤维膜剂量计的剂量线性响应范围为0～350gy；

8、所述有机溶剂是由四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺混合而成的，且混合比例为5-7:3-5。

9、一种荧光柔性纤维膜剂量计的制备方法，包括以下步骤：

10、s21、将0.01-0.02份的荧光喹啉染料加入100份的有机溶剂中，在室温下搅拌溶解，待完全溶解后，加入10-15份的聚氯乙烯粉，在50℃温度条件下搅拌2小时，待完全溶解后，在室温条件下静置，以去除气泡，获得均匀的纺丝液；其中，所述有机溶剂是由四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺混合而成的，且混合比例为5-7:3-5；

11、s22、用静电纺丝技术，将步骤s21获得的纺丝液制备成静电纺柔性纤维膜，并在室温条件下，将溶剂完全挥发；其中，静电纺丝的参数为电压10-18kv，纺丝距离13-15cm，纺丝液流量3.5-5.5ml/h，温度20-40℃；

12、s23、将干燥后的静电纺柔性纤维膜从铝箔上剥下，即获得荧光柔性纤维膜剂量计，且所述荧光柔性纤维膜剂量计的纤维直径为100nm～900nm以及剂量线性响应范围为0～350gy。

13、一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，所述荧光柔性纤维膜剂量计是由按照重量份数计的聚氯乙烯10-15份和荧光喹啉染料0.01-0.02份以及有机溶剂100份制备而成的；其中：

14、所述荧光喹啉染料的结构式为：

15、

16、所述荧光柔性纤维膜剂量计的纤维直径为100nm～900nm；

17、所述荧光柔性纤维膜剂量计的剂量线性响应范围为0～350gy；

18、所述有机溶剂是由四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺混合而成的，且混合比例为5-7:3-5。

19、作为本发明优选方案，所述荧光柔性纤维膜剂量计经辐照后荧光颜色呈现红色，且随着辐照剂量的变化出现梯度色差，颜色变化明显，便于观察。

20、作为本发明优选方案，所述电离辐射的辐射源为x射线管。

21、作为本发明优选方案，所述电离辐射的剂量率为0.4gy/min-4.98gy/min。

22、作为本发明优选方案，所述荧光柔性纤维膜剂量计在放射医疗中的应用。

23、作为本发明优选方案，所述荧光柔性纤维膜剂量计在科学实验中的应用。

24、作为本发明优选方案，所述荧光柔性纤维膜剂量计在辐射工业中的应用。

25、作为本发明优选方案，所述荧光柔性纤维膜剂量计可缝制于手套以及可穿戴器械，用于辐射介入治疗、高危放化操作危险环境的个人剂量监测。

26、有益效果

27、1、本发明所制作的荧光纤维膜剂量计采用静电纺丝技术，纤维膜柔性较好，能够贴合皮肤，在放射医疗和可穿戴剂量计中具有广泛的应用前景，具有重量低、灵敏度高、易于制备和性能稳定、易于测量等优点。

28、2、本发明所制作的荧光纤维膜剂量计，辐照后其稳态发射光谱具有蓝色区域和红色区域双重发射峰，利用双峰的荧光强度比值与辐射剂量建立线性关系，剂量响应线性范围为0-350gy，与挥发成膜法相比，纺丝制备的荧光纤维剂量计具有更宽的线性响应范围；另一方面，由于纤维膜具有更大的表面积，其与空气接触面积增加，与非纤维膜相比，空气可更好地渗透至材料内部。由于辐射下氧气可以参与和加速聚合物的辐射裂解，在相同的辐射剂量下，纤维膜可产生更多的酸，使得酸响应的荧光分子响应更强；相应地，越细的纤维膜产酸也越多。电纺的引入在实现柔性的同时，实现了增加响应灵敏度和线性范围的多重效果，是本发明相对其他荧光辐射剂量计的有益之处。

29、3、由于响应性能的提高，与其他报道中的辐照后荧光亮度变化的纤维膜荧光剂量计相比，本发明所制作的荧光纤维膜未辐照时在365nm激发光下呈现强烈的蓝色荧光，辐照后荧光颜色呈现红色，且随辐照剂量出现梯度色差，颜色变化明显，便于观察，甚至且可由手机等便携式设备拍照实现快速读取；

技术特征：

1.一种荧光柔性纤维膜剂量计，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计是由按照重量份数计的聚氯乙烯10-15份和荧光喹啉染料0.01-0.02份以及有机溶剂100份制备而成的；其中：

2.一种荧光柔性纤维膜剂量计的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计是由按照重量份数计的聚氯乙烯10-15份和荧光喹啉染料0.01-0.02份以及有机溶剂100份制备而成的；其中：

4.根据权利要求3所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计辐照后荧光颜色呈现红色，且随着辐照剂量出现梯度色差，颜色变化明显，便于观察。

5.根据权利要求3所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述电离辐射的辐射源为x射线管。

6.根据权利要求3所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述电离辐射的剂量率为0.4gy/min-4.98gy/min。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计在放射医疗中的应用。

8.根据权利要求3、4、5或6所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计在科学实验中的应用。

9.根据权利要求3、4、5或6所述的一种荧光柔性纤维膜剂量计在测量电离辐射中的应用，其特征在于：所述荧光柔性纤维膜剂量计在辐射工业中的应用。

技术总结
本发明涉及一种荧光柔性纤维膜剂量计及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：首先将0.01‑0.02份喹啉荧光染料加入100份四氢呋喃和N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中在室温下搅拌30分钟，然后加入10‑15份聚氯乙烯粉在50℃下搅拌2小时，完全溶解后，在室温下静置以去除气泡，最终获得均匀的纺丝液；纺丝液经静电纺丝技术制备成荧光柔性纤维膜剂量计，静电纺丝参数为：电压10‑18kV，纺丝距离13‑15cm，纺丝液流量3.5‑5.5ml/h，温度20‑40℃；所述荧光柔性纤维膜剂量计的纤维直径能达到100nm～900nm、线性响应范围能达到0～350Gy，能应用于电离辐射中。

技术研发人员：王运龙,汤明硕,何志维
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2