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　　近日，中科院院士、香港科技大學教授唐本忠領銜的團隊，憑借“聚集誘導發(fā)光”項目摘得中國自然科學領域最高獎項國家自然科學獎一等獎。
　　對于很多人來說，“聚集誘導發(fā)光”無疑是頗為“艱澀難懂”的科學詞匯。其內涵究竟是什么？唐本忠及其領銜的科研團隊在此方面做了哪些工作？他們取得了哪些重大突破？與國際同行相比，中國在此領域的發(fā)展水平如何？該領域的進步在哪些方面造福人類？人們急于了解這些問題的答案。
　　顛覆一個甲子傳統(tǒng)認識
　　開創(chuàng)全新方向和領域
　　“聚集誘導發(fā)光”這個科學詞匯本身就是中國科技的驕傲，因為它是由中國科學家在國際上提出和定義的，是他們開創(chuàng)的“年輕”領域。
　　大約17年前，唐本忠和他的學生在實驗中，意外發(fā)現(xiàn)了一種一類有機分子在溶液中不發(fā)光，而聚集后顯出發(fā)光的特性。這一發(fā)現(xiàn)恰恰與當時科學界所熟知約60載的“聚集猝滅發(fā)光”現(xiàn)象截然相反。“聚集猝滅發(fā)光”由德國科學家發(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”成為其應用遭遇的一大瓶頸，科學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團隊大膽擺脫了當時主導認識的束縛，重復印證了與傳統(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)了全新的方向和領域。
　　更為難能可貴的是，唐本忠及其團隊不滿足于僅僅提出新的方向和領域，而是接著通過大量實驗驗證和理論模擬，發(fā)現(xiàn)和闡明了“聚集誘導發(fā)光”和“聚集猝滅發(fā)光”背后的機理，在此基礎上，開發(fā)出覆蓋整個可見光波長范圍的“聚集誘導發(fā)光”材料體系。
　　覓得穩(wěn)定可控光源
　　基礎材料帶來寬領域突破
　　開發(fā)“聚集誘導發(fā)光”材料體系的價值在于增強了人類對“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，其利用自身內部的物理或化學變化過程，將生物能轉換為光能；第二，熱致型光源，以太陽和篝火等為主，主要是利用燃燒等過程產生的熱量，將熱能轉換為光能，這是千百年來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，從而實現(xiàn)到光能的轉化。激發(fā)型光源由于應用廣、品種多，已逐漸成為人們生產、生活中獲取光的重要途徑，而“聚集誘導發(fā)光”材料是獲取激發(fā)型光源的重要基礎之一。
　　唐本忠指出，“聚集誘導發(fā)光”材料最顯著的優(yōu)勢是其在聚集態(tài)下的髙效發(fā)光，而聚集態(tài)恰好是發(fā)光材料在實際應用中最為常見的形式。如，OLED中的發(fā)光材料在柔性顯示和照明領域的應用前景幾乎完全依賴于其發(fā)光層薄膜的光學性質。生命體系和自然環(huán)境多以水為介質，而有機熒光分子大都具有疏水特性，即有機熒光分子在水里通常會聚成一團，導致傳統(tǒng)染料在固態(tài)或聚集態(tài)應用時效率大大降低。“聚集誘導發(fā)光”材料分子卻可以在特定的底物誘導下形成聚集體，熒光效率出現(xiàn)顯著的增加甚至由暗到突躍，從而實現(xiàn)對刺激源的定性分析和定量檢測，使髙品質的活體成像和高靈敏度的在線傳感監(jiān)測變得更加容易。
　　對“聚集誘導發(fā)光”材料應用現(xiàn)狀，唐本忠介紹說，經(jīng)過約17年的發(fā)展，“聚集誘導發(fā)光”材料的優(yōu)異性能使其在眾多發(fā)光材料領域得到廣泛應用，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，特別強調“聚集誘導發(fā)光”材料在生物成像領域中的應用。他表示，2008年和2012年的諾貝爾化學獎都授予了從事發(fā)光材料在生物成像領域應用的科學家，但是，目前使用的商業(yè)化熒光探針價格高且性能不穩(wěn)定，而“聚集誘導發(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、長效追蹤效果好等優(yōu)勢，將會替代前者。
　　帶來國際研究爆發(fā)式增長
　　未來機遇與挑戰(zhàn)并存
　　“今天，我們討論聚集不能不提‘聚集誘導發(fā)光’。自從唐本忠團隊的原始工作發(fā)表以來，毫不夸張地說，這個研究領域經(jīng)歷了爆炸式的發(fā)展。”加拿大卡爾加里大學化學系教授貝琳達·海涅的此番評述彰顯了唐本忠團隊和“聚集誘導發(fā)光”對國際科學界的貢獻。
　　作為中國科學家原創(chuàng)的概念“品牌”，“聚集誘導發(fā)光”及其材料已經(jīng)在光電器件、化學傳感、生物檢測與成像等領域展現(xiàn)了巨大潛質，在國際科學界產生了巨大反響，眾多研究者紛紛加入其中。據(jù)唐本忠介紹，從“聚集誘導發(fā)光”概念的提出到現(xiàn)在，全世界已經(jīng)有80余個國家和地區(qū)超過1500個國際團隊進人該領域，截至2017年7月，總引用次數(shù)超過10萬次，近兩年每年新增的SCI級“聚集誘導發(fā)光”論文超過1000篇?！熬奂T導發(fā)光”相關研究也被中科院文獻情報中心和全球科研評估權威網(wǎng)站湯森路透聯(lián)合發(fā)布的《2015研究前沿》評為化學和材料領域前十項研究前沿的第二位，且為重點熱點研究領域。2016年，“聚集誘導發(fā)光”材料及相關研究先后被英國《自然》、美國《紐約時報》等雜志和媒體進行重點報道。特別值得一提的是，在《自然》發(fā)表的《納米光革命正在來臨》的科學新聞深度分析長文中，“聚集誘導發(fā)光”納米材料被列為支撐即將來臨的納米光革命的四大納米材料體系之一。
　　對取得的成就，唐本忠作為一名中國科學家當然有發(fā)自內心的自豪感。他說：“我們在發(fā)光領域能發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象、提出新的概念，并且由此開拓了一個由我們中國科學家引領的一個新的研究領域，作為科學家，我的確有一種很大的滿足?！蓖瑫r，唐本忠也清醒地認識到，滾滾大浪中機遇與挑戰(zhàn)并存。如何維持我們在原始創(chuàng)新領域的領跑地位？如何把握住創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的契機，使“聚集誘導發(fā)光”切實地為全人類造福？這些問題都需要科研工作者認真思考、開拓進取、砥礪前行。
拔得頭籌 領跑世界
唐本忠
　　近年來，納米發(fā)光材料的科研和應用日益受重視。納米發(fā)光材料興起于量子點。量子點是一種無機納米材料，其發(fā)光顏色可簡單地通過尺寸調控。量子點越大，發(fā)光顏色越紅移。但量子點毒性大、種類有限，常需用紫外光激發(fā)。隨著納米技術的發(fā)展，上轉換點登場。用長波激發(fā)，上轉換點可在短波處發(fā)光，由此可避免紫外光激發(fā)所產生的生物毒性。但上轉換點多為稀土金屬材料，稀少而昂貴。
　　與無機材料相比較，有機納米發(fā)光材料具有種類多、加工易、毒性小等優(yōu)勢。聚合物點就是一種有機納米發(fā)光材料。塑料就是一種聚合物，如果塑料可以發(fā)光，人們將不會再為手機顯示屏摔破而心痛。但聚合物點和其它有機發(fā)光材料一樣，常呈現(xiàn)聚集導致發(fā)光淬滅效應，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。本世紀初，我國科學家發(fā)現(xiàn)了一種與聚集導致發(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)光過程被稱為聚集誘導發(fā)光（簡稱“AIE”）。AIE納米粒子簡稱為AIE點，具有很多顯著優(yōu)勢，如種類多、可設計性強、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)所帶來的問題。在能源方面，面對能源匱乏，各國都在尋找節(jié)能材料。用AIE材料制備的有機發(fā)光二極管的外量子效率可高達20%，遠高于“傳統(tǒng)”有機發(fā)光二極管器件的效率（最高約5%）。高效率帶來低能耗，用AIE材料制備的有機發(fā)光二極管器件因而有著光明的應用前景。在環(huán)境保護領域，尤其是水污染監(jiān)測治理方面，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”。在健康領域，AIE探針可高效識別癌細胞或惡性腫瘤，幫助醫(yī)生準確地切除腫瘤組織。
　　中國科學家將在這場納米光學革命中大展拳腳。為了在這場競爭中拔得頭籌，我們必須培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、從事引領性研究。年輕科學家必須知曉化學、物理、數(shù)學、藥學、光電、信息、計算機、生命科學、生物工程等多學科知識，了解交叉學科領域的新進展，在掌握基礎知識的基礎上，學會批判性思維，注重創(chuàng)新性研究。
　　在納米光學研究領域，中國科學家起初是跟著別人跑，而現(xiàn)在我國的研究水平與國際基本持平，在某些領域甚至已經(jīng)處于“領跑”地位。我國有著無比廣闊的舞臺，無比強大的前進動力，科學研究發(fā)展迅猛，進展驚人。隨著納米光學革命的發(fā)展，我國科技水平將量子跳躍式上升，為經(jīng)濟發(fā)展和社會進步做出巨大貢獻。
　　（作者為高分子化學家、中國科學院院士、英國皇家化學會會士。憑借在“聚集誘導發(fā)光”領域的開創(chuàng)性貢獻，其領銜的團隊獲得2017年國家自然科學獎一等獎）
　?。ㄔd于《人民日報海外版》 2018-01-13 08版）