近日，中科院院士、香港科技大學(xué)教授唐本忠領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，憑借“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”項(xiàng)目摘得中國(guó)自然科學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
　　對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”無(wú)疑是頗為“艱澀難懂”的科學(xué)詞匯。其內(nèi)涵究竟是什么？唐本忠及其領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在此方面做了哪些工作？他們?nèi)〉昧四男┲卮笸黄?？與國(guó)際同行相比，中國(guó)在此領(lǐng)域的發(fā)展水平如何？該領(lǐng)域的進(jìn)步在哪些方面造福人類？人們急于了解這些問(wèn)題的答案。
　　顛覆一個(gè)甲子傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)
　　開創(chuàng)全新方向和領(lǐng)域
　　“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”這個(gè)科學(xué)詞匯本身就是中國(guó)科技的驕傲，因?yàn)樗怯芍袊?guó)科學(xué)家在國(guó)際上提出和定義的，是他們開創(chuàng)的“年輕”領(lǐng)域。
　　大約17年前，唐本忠和他的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，意外發(fā)現(xiàn)了一種一類有機(jī)分子在溶液中不發(fā)光，而聚集后顯出發(fā)光的特性。這一發(fā)現(xiàn)恰恰與當(dāng)時(shí)科學(xué)界所熟知約60載的“聚集猝滅發(fā)光”現(xiàn)象截然相反?！熬奂绨l(fā)光”由德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，即發(fā)光分子在稀溶液中可高效發(fā)光，但在濃溶液中或聚集態(tài)下，發(fā)光能力大大減弱甚至消失。
　　由于發(fā)光材料通常在聚集態(tài)或者固態(tài)下使用，所以“聚集猝滅發(fā)光”成為其應(yīng)用遭遇的一大瓶頸，科學(xué)家苦苦尋找突破的方法卻收獲有限。正是在這一背景下，唐本忠?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)大膽擺脫了當(dāng)時(shí)主導(dǎo)認(rèn)識(shí)的束縛，重復(fù)印證了與傳統(tǒng)截然相反的新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，并創(chuàng)造性地提出了“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”概念，從而為人類尋找和制備發(fā)光材料，開創(chuàng)了全新的方向和領(lǐng)域。
　　更為難能可貴的是，唐本忠及其團(tuán)隊(duì)不滿足于僅僅提出新的方向和領(lǐng)域，而是接著通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論模擬，發(fā)現(xiàn)和闡明了“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”和“聚集猝滅發(fā)光”背后的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料體系。
　　覓得穩(wěn)定可控光源
　　基礎(chǔ)材料帶來(lái)寬領(lǐng)域突破
　　開發(fā)“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料體系的價(jià)值在于增強(qiáng)了人類對(duì)“光”的研究和利用，而研究和利用光首先要解決如何獲取穩(wěn)定可控光源的問(wèn)題。唐本忠指出，人類獲取光源的方式主要有三種：第一，生物型光源，以螢火蟲、水母等為代表，其利用自身內(nèi)部的物理或化學(xué)變化過(guò)程，將生物能轉(zhuǎn)換為光能；第二，熱致型光源，以太陽(yáng)和篝火等為主，主要是利用燃燒等過(guò)程產(chǎn)生的熱量，將熱能轉(zhuǎn)換為光能，這是千百年來(lái)人類獲取光的最主要方式；第三，激發(fā)型光源，多以光、電為能量輸入形式，將發(fā)光體分子提升至高能量態(tài)，將富集的能量釋放，從而實(shí)現(xiàn)到光能的轉(zhuǎn)化。激發(fā)型光源由于應(yīng)用廣、品種多，已逐漸成為人們生產(chǎn)、生活中獲取光的重要途徑，而“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料是獲取激發(fā)型光源的重要基礎(chǔ)之一。
　　唐本忠指出，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料最顯著的優(yōu)勢(shì)是其在聚集態(tài)下的髙效發(fā)光，而聚集態(tài)恰好是發(fā)光材料在實(shí)際應(yīng)用中最為常見(jiàn)的形式。如，OLED中的發(fā)光材料在柔性顯示和照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景幾乎完全依賴于其發(fā)光層薄膜的光學(xué)性質(zhì)。生命體系和自然環(huán)境多以水為介質(zhì)，而有機(jī)熒光分子大都具有疏水特性，即有機(jī)熒光分子在水里通常會(huì)聚成一團(tuán)，導(dǎo)致傳統(tǒng)染料在固態(tài)或聚集態(tài)應(yīng)用時(shí)效率大大降低。“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料分子卻可以在特定的底物誘導(dǎo)下形成聚集體，熒光效率出現(xiàn)顯著的增加甚至由暗到突躍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刺激源的定性分析和定量檢測(cè)，使髙品質(zhì)的活體成像和高靈敏度的在線傳感監(jiān)測(cè)變得更加容易。
　　對(duì)“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料應(yīng)用現(xiàn)狀，唐本忠介紹說(shuō)，經(jīng)過(guò)約17年的發(fā)展，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料的優(yōu)異性能使其在眾多發(fā)光材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，比如在光電、生物和醫(yī)療等方面。唐本忠在2017年7月發(fā)表的一篇論文中，特別強(qiáng)調(diào)“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料在生物成像領(lǐng)域中的應(yīng)用。他表示，2008年和2012年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)都授予了從事發(fā)光材料在生物成像領(lǐng)域應(yīng)用的科學(xué)家，但是，目前使用的商業(yè)化熒光探針價(jià)格高且性能不穩(wěn)定，而“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料制作的探針具有制備成本低、用量靈活度大、光穩(wěn)定性高、長(zhǎng)效追蹤效果好等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)替代前者。
　　帶來(lái)國(guó)際研究爆發(fā)式增長(zhǎng)
　　未來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存
　　“今天，我們討論聚集不能不提‘聚集誘導(dǎo)發(fā)光’。自從唐本忠團(tuán)隊(duì)的原始工作發(fā)表以來(lái)，毫不夸張地說(shuō)，這個(gè)研究領(lǐng)域經(jīng)歷了爆炸式的發(fā)展。”加拿大卡爾加里大學(xué)化學(xué)系教授貝琳達(dá)·海涅的此番評(píng)述彰顯了唐本忠團(tuán)隊(duì)和“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”對(duì)國(guó)際科學(xué)界的貢獻(xiàn)。
　　作為中國(guó)科學(xué)家原創(chuàng)的概念“品牌”，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”及其材料已經(jīng)在光電器件、化學(xué)傳感、生物檢測(cè)與成像等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大潛質(zhì)，在國(guó)際科學(xué)界產(chǎn)生了巨大反響，眾多研究者紛紛加入其中。據(jù)唐本忠介紹，從“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”概念的提出到現(xiàn)在，全世界已經(jīng)有80余個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過(guò)1500個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)進(jìn)人該領(lǐng)域，截至2017年7月，總引用次數(shù)超過(guò)10萬(wàn)次，近兩年每年新增的SCI級(jí)“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”論文超過(guò)1000篇。“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”相關(guān)研究也被中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心和全球科研評(píng)估權(quán)威網(wǎng)站湯森路透聯(lián)合發(fā)布的《2015研究前沿》評(píng)為化學(xué)和材料領(lǐng)域前十項(xiàng)研究前沿的第二位，且為重點(diǎn)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。2016年，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料及相關(guān)研究先后被英國(guó)《自然》、美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》等雜志和媒體進(jìn)行重點(diǎn)報(bào)道。特別值得一提的是，在《自然》發(fā)表的《納米光革命正在來(lái)臨》的科學(xué)新聞深度分析長(zhǎng)文中，“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”納米材料被列為支撐即將來(lái)臨的納米光革命的四大納米材料體系之一。
　　對(duì)取得的成就，唐本忠作為一名中國(guó)科學(xué)家當(dāng)然有發(fā)自內(nèi)心的自豪感。他說(shuō)：“我們?cè)诎l(fā)光領(lǐng)域能發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象、提出新的概念，并且由此開拓了一個(gè)由我們中國(guó)科學(xué)家引領(lǐng)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，作為科學(xué)家，我的確有一種很大的滿足?！蓖瑫r(shí)，唐本忠也清醒地認(rèn)識(shí)到，滾滾大浪中機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。如何維持我們?cè)谠紕?chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)跑地位？如何把握住創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的契機(jī)，使“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”切實(shí)地為全人類造福？這些問(wèn)題都需要科研工作者認(rèn)真思考、開拓進(jìn)取、砥礪前行。
拔得頭籌 領(lǐng)跑世界
唐本忠
　　近年來(lái)，納米發(fā)光材料的科研和應(yīng)用日益受重視。納米發(fā)光材料興起于量子點(diǎn)。量子點(diǎn)是一種無(wú)機(jī)納米材料，其發(fā)光顏色可簡(jiǎn)單地通過(guò)尺寸調(diào)控。量子點(diǎn)越大，發(fā)光顏色越紅移。但量子點(diǎn)毒性大、種類有限，常需用紫外光激發(fā)。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，上轉(zhuǎn)換點(diǎn)登場(chǎng)。用長(zhǎng)波激發(fā)，上轉(zhuǎn)換點(diǎn)可在短波處發(fā)光，由此可避免紫外光激發(fā)所產(chǎn)生的生物毒性。但上轉(zhuǎn)換點(diǎn)多為稀土金屬材料，稀少而昂貴。
　　與無(wú)機(jī)材料相比較，有機(jī)納米發(fā)光材料具有種類多、加工易、毒性小等優(yōu)勢(shì)。聚合物點(diǎn)就是一種有機(jī)納米發(fā)光材料。塑料就是一種聚合物，如果塑料可以發(fā)光，人們將不會(huì)再為手機(jī)顯示屏摔破而心痛。但聚合物點(diǎn)和其它有機(jī)發(fā)光材料一樣，常呈現(xiàn)聚集導(dǎo)致發(fā)光淬滅效應(yīng)，即在單分子態(tài)發(fā)光，在聚集態(tài)發(fā)光減弱甚至不發(fā)光。本世紀(jì)初，我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種與聚集導(dǎo)致發(fā)光淬滅完全相反的光物理體系：分子在稀溶液中幾乎不發(fā)光，而在聚集狀閃閃發(fā)光。因發(fā)光由聚集而引起，這種發(fā)光過(guò)程被稱為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（簡(jiǎn)稱“AIE”）。AIE納米粒子簡(jiǎn)稱為AIE點(diǎn)，具有很多顯著優(yōu)勢(shì)，如種類多、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、加工性能好、生物相容性高、可用于大面積柔性顯示屏制備等。
　　目前，全人類在能源、環(huán)境和健康等領(lǐng)域面臨巨大挑戰(zhàn)，高效納米發(fā)光材料有助于解決這些挑戰(zhàn)所帶來(lái)的問(wèn)題。在能源方面，面對(duì)能源匱乏，各國(guó)都在尋找節(jié)能材料。用AIE材料制備的有機(jī)發(fā)光二極管的外量子效率可高達(dá)20%，遠(yuǎn)高于“傳統(tǒng)”有機(jī)發(fā)光二極管器件的效率（最高約5%）。高效率帶來(lái)低能耗，用AIE材料制備的有機(jī)發(fā)光二極管器件因而有著光明的應(yīng)用前景。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，尤其是水污染監(jiān)測(cè)治理方面，AIE亦有用武之地。利用水溶性AIE材料，可輕易地將痕量污染物特異性地“揪出示眾”。在健康領(lǐng)域，AIE探針可高效識(shí)別癌細(xì)胞或惡性腫瘤，幫助醫(yī)生準(zhǔn)確地切除腫瘤組織。
　　中國(guó)科學(xué)家將在這場(chǎng)納米光學(xué)革命中大展拳腳。為了在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中拔得頭籌，我們必須培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、從事引領(lǐng)性研究。年輕科學(xué)家必須知曉化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、藥學(xué)、光電、信息、計(jì)算機(jī)、生命科學(xué)、生物工程等多學(xué)科知識(shí)，了解交叉學(xué)科領(lǐng)域的新進(jìn)展，在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)批判性思維，注重創(chuàng)新性研究。
　　在納米光學(xué)研究領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)家起初是跟著別人跑，而現(xiàn)在我國(guó)的研究水平與國(guó)際基本持平，在某些領(lǐng)域甚至已經(jīng)處于“領(lǐng)跑”地位。我國(guó)有著無(wú)比廣闊的舞臺(tái)，無(wú)比強(qiáng)大的前進(jìn)動(dòng)力，科學(xué)研究發(fā)展迅猛，進(jìn)展驚人。隨著納米光學(xué)革命的發(fā)展，我國(guó)科技水平將量子跳躍式上升，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)。
　?。ㄗ髡邽楦叻肿踊瘜W(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士。憑借在“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”領(lǐng)域的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，其領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)獲得2017年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)）
　?。ㄔd于《人民日?qǐng)?bào)海外版》 2018-01-13 08版）