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唐本忠:独辟蹊径 打破光材料“阿喀琉斯之踵”

  央视网消息:不怕摔、显示屏可随意弯曲;敏锐跟踪,让癌细胞无处遁形……“聚集诱导发光(AIE)”材料,可大大加速这些神奇功能变为现实的过程。

  17年前,中科院院士、香港科技大学讲座教授唐本忠团队在国际上率先提出“聚集诱导发光(AIE)”——这项中国人改写光物理课本的发现,开辟了具有原创性和国际引领性的基础科学研究全新领域。这一成果获得2017年度国家自然科学奖一等奖。

  日常生活中,发光材料应用非常广泛。比如,以荧光粉为代表的发光材料,是目前照明和显示技术的核心材料。纸币及证件等采用的印刷防伪技术,采用的则是特殊油墨在紫外光照射下发出荧光的特性。

  近年来,随着人们对发光标记材料探索的深入,它的应用已进入高灵敏生物检测、成像和诊疗等领域。唐本忠说,荧光成像技术因其高灵敏、无损、生物相容性好、成本低廉等优点,越来越多地被用于癌症早期诊断中。

  制备发光性能优异的先进材料,一直是科学家的追求目标。然而,很多发光材料只有在溶液中才有较高的发光效率。早在20世纪中叶,德国科学家就发现,发光分子在稀溶液中可高效发光,但在浓溶液中或聚集态下,发光能力大大减弱甚至消失,这就是传统的“聚集猝灭发光ACQ”现象。

  “聚集猝灭发光”现象就像有机发光材料的“阿喀琉斯之踵”,科学家一直试图寻找克服它的方法。

  2001年,唐本忠和他的学生在实验中,意外发现了一种与“聚集猝灭发光”截然相反的现象,即一类有机分子在溶液中不发光,而聚集后发光显著增强。唐本忠敏锐地意识到其中可能包含着独特的意义,经过仔细研究和多次实验,他创造性地提出了“聚集诱导发光”概念,英文简称“AIE”。

  越是聚集、越能发光,变身后的分子“性情大变”。举一个形象的例子,传统的ACQ分子像一群骁勇战将,可集合在一起反而会互相掣肘,无法展现1+1=2的力量;而AIE材料则像多组列兵方阵,越是靠近就越是声势浩大。

  “有时候,做研究需要跳出现有的思维框框,如果你观察到与既有经验不一样的现象,第一反应不应该是回避,而应该非常兴奋地去追根溯源。”唐本忠说。

  “聚集诱导发光(AIE)”是我国科学家率先提出的原创性概念,开辟了发光材料的新领域。目前,全世界已经有80多个国家和地区超过1500个研究单位的科学家进入该领域,近两年每年新增的SCI级的相关论文数均超过1000篇。

  基于在“聚集诱导发光(AIE)”领域的研究成果,2014—2017年,唐本忠连续入选汤森路透材料和化学双领域全球高被引科学家。同时,荣列汤森路透“全球最具影响力的科研精英”榜。

  “原创的科研就像刨一口井,越往下发现的泉眼越多。如果只是跟踪而无超越,思路早晚会枯竭”。唐本忠说。目前,唐本忠团队制备了一系列高性能的“聚集诱导发光”材料,并与不同领域科研人员合作,推进这类材料在光电、传感、生物、医疗等诸多领域的应用。

  在医学、工业和环境领域,需要监测各种物质的含量。如,工业生产中某种离子和废气的浓度控制,空气质量监测等。AIE材料对某些化学物质有很强的特异性识别,例如,在稀溶液中无荧光的某种AIE化合物只会与某种特定离子作用,从而聚集并“点亮”,成为一种有效的检测方法。

  此外,由于AIE分子对外界环境条件变化敏感,如压力、温度、pH值等的变化都会通过影响聚集程度而对发光带来影响,WWW.0253.COM。如此,可以利用AIE化合物检测环境,比如,河水pH值、污染物成分和浓度等的变化。

  目前,用于追踪细胞的商业化荧光探针不仅成本居高不下,而大量使用时,还会出现ACQ现象。微量使用虽然可以防止荧光猝灭,但在多次光学扫描后容易出现光漂白现象,从而导致荧光信号消失,难以满足细胞器或活体体内的监测和成像需要。

  唐本忠介绍,AIE材料拥有制备成本低、用量灵活度大、光稳定性高等优势,日后有望成为人们观测微观世界的有力工具。

  曾有人问唐本忠,做出好研究的秘诀,他的回答是:热爱你的工作!做到这点,你就成功了一半。

  “很随和、非常有感染力,但做起研究来又非常严谨,对我们的要求非常高。”这是唐本忠团队成员、华南理工大学教授秦安军对老师的评价。

  目前,唐本忠正通过他在香港科技大学、华南理工大学、浙江大学等高校的课题组推进“聚集诱导发光”材料的学术研究和产业应用。在他看来,概念创新是科学追求的圣杯,为鼓励原创发现,必须鼓励挑战精神和培育创新文化。我们不应该被教科书上的知识禁锢,不必畏惧任何权威。因为科学追求的最高境界是颠覆“常识”,通过概念突破而开辟新领域、创造新知识。(素材来源:人民日报 中国网)