日前，2024年廣東省科學技術(shù)獎頒布，中國科學院院士、香港中文大學（深圳）教授、廣州市榮譽市民唐本忠榮獲突出貢獻獎。
作為我國著名的化學家和材料學家，唐本忠在2001年首先提出了聚集誘導發(fā)光（AIE）概念，這是世界公認的原始創(chuàng)新理論。經(jīng)過20多年的發(fā)展，全世界已有2200多個機構(gòu)對此進行研究，AIE被《自然》雜志認為是支撐未來納米光革命的四大納米材料之一。如今，唐本忠院士與母校華南理工大學合作，在黃埔區(qū)建立了廣東省大灣區(qū)華南理工大學聚集誘導發(fā)光高等研究院，專門開展AIE材料的成果轉(zhuǎn)化。
本期《科技周刊》，記者專訪唐本忠院士，并來到黃埔區(qū)的AIE研究院，一探這一神奇新材料的前沿應用。
文/廣州日報全媒體記者武威
圖/廣州日報全媒體記者王維宣（除署名外）
“聚集誘導發(fā)光”概念
源自實驗室“意外”
唐本忠院士介紹，聚集誘導發(fā)光指的是一類發(fā)光物質(zhì)在溶液中不發(fā)光，但聚集在一起后卻發(fā)光增強的光物理現(xiàn)象。該現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，始于實驗室內(nèi)的一場“意外”。
2001年，唐本忠?guī)е幻┦亢笤趯嶒炇液铣梢环N含噻咯環(huán)的有機發(fā)光分子（HPS）。學生意外發(fā)現(xiàn)，HPS稀溶液在紫外燈下幾乎不發(fā)光，等到溶劑揮發(fā)、分子聚集后，卻發(fā)出明亮的熒光，這與近百年來科學界所堅持的“聚集淬滅發(fā)光（ACQ）”的傳統(tǒng)認知完全相反。
是實驗失敗了嗎？唐本忠立即與學生開啟重復實驗，經(jīng)過反復驗證，最終確認HPS“溶液不亮、聚集才亮”的規(guī)律屬實。于是，他首次提出“聚集誘導發(fā)光”新概念，并系統(tǒng)開展其發(fā)光機理研究。
唐本忠告訴記者：“以往人們認為，大部分有機分子往往是單分子時會比較亮，聚在一塊后發(fā)光能力就會減弱。但AIE材料卻反其道而行，它在成為聚集體后會變得光亮，這讓它有著廣泛的應用場景。”
AIE“家族”開枝散葉
應用場景日趨廣闊
自發(fā)現(xiàn)AIE材料20多年來，已有來自76個國家和地區(qū)的2200余個科研機構(gòu)對這一新材料開展研究，這也讓AIE材料體系越來越豐富，應用場景越來越廣闊。如今，AIE材料“家族”已經(jīng)發(fā)展出HPS（六苯基噻咯類）、TPE（四苯乙烯類）、TPP（四苯基吡嗪類）、DSA（二苯乙烯基蒽類）等“家族成員”，它們除了能發(fā)出不同波長的光，還有各種特性：有的成膜性好、適合大面積OLED和化學傳感薄膜的生產(chǎn)；有的適合做近紅外成像與光熱治療；有的廣泛用于“裸眼”化學傳感器……
憑借當初對AIE材料的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，唐本忠榮獲2017年國家自然科學獎一等獎。而AIE材料也開始從科學發(fā)現(xiàn)向成果轉(zhuǎn)化迭代，2020年，AIE被國際權(quán)威學術(shù)組織國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）評為化學領(lǐng)域的十大新興技術(shù)。
唐本忠用自己的手機舉例：“我們的手機顯示屏用的是OLED有機發(fā)光二極管，但現(xiàn)有材料做成薄膜后，聚集發(fā)光能力會減弱。如果使用AIE材料做成OLED則不一樣，這種材料會越聚越亮，因此OLED是AIE材料最有前途的應用之一。”
2024年，作為有機光電功能材料領(lǐng)域，特別是聚集誘導發(fā)光（AIE）研究的引領(lǐng)者，唐本忠擔任京東方公司的戰(zhàn)略科技顧問。他將在新型顯示材料、光電器件等方面為京東方提供戰(zhàn)略咨詢和技術(shù)指導。
成果轉(zhuǎn)化在廣州：測病毒、探腫瘤、做防偽……
唐本忠與廣州有解不開的情緣。他是1978年恢復高考后考入華南理工大學的“老三屆”畢業(yè)生，畢業(yè)后出國深造，再回到香港任教，與廣州保持著深厚的情誼，并與母校有良好的產(chǎn)學研合作。2015年，唐本忠榮獲“廣州市榮譽市民”稱號。2020年5月，廣東省大灣區(qū)華南理工大學聚集誘導發(fā)光高等研究院（以下簡稱AIE研究院）在黃埔區(qū)成立。唐本忠擔任研究院院長，助力AIE前沿材料在廣州的落地轉(zhuǎn)化。
王志明表示，AIE研究院成立5年來，始終堅持自主研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)，已獲得50余項國家發(fā)明專利。AIE材料作為一種前沿新材料，仍處在市場培育與拓展階段，目前，研究院已與中國人民解放軍南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院、廣州金域醫(yī)學檢驗中心有限公司等全國上百家醫(yī)院、企業(yè)、科研機構(gòu)達成合作，建立了聯(lián)合實驗室和應用示范基地。
AIE研究院常務副院長、華南理工大學研究員王志明告訴記者，目前，AIE研究院已用AIE材料開發(fā)出各類產(chǎn)品，主要可分為功能微球、功能材料、公共安全、科研耗材、體外診斷等多個方向。
功能微球應用
大家熟知的檢測試劑盒，采用的顯示技術(shù)叫作膠體金法，但其靈敏度不夠高，標志物的載量要達到一定水平才能被檢測到。團隊將AIE熒光微球技術(shù)引入試劑盒中，微球表面修飾有豐富的功能基團，使其能夠高效地與目標蛋白偶聯(lián)，特別適用于超敏熒光免疫層析。“我們以AIE熒光微球技術(shù)為依托開發(fā)了很多檢測試劑盒，可檢測基孔肯雅熱、寨卡、登革熱等病毒以及各類毒品。AIE熒光檢測試劑盒的優(yōu)勢是即時檢測，僅需要幾分鐘即可完成檢測。它抗干擾能力強，可進行定量檢測，檢測的靈敏度也比膠體金法的靈敏度高2—3個數(shù)量級。”
科研耗材應用
團隊開發(fā)了多款AIE熒光探針。具有聚集誘導發(fā)光（AIE）效應的細胞器成像熒光探針，能夠在溶液及細胞環(huán)境中保持微弱的熒光信號。一旦進入細胞并與目標結(jié)構(gòu)結(jié)合時，其熒光信號就會大幅度增強，由此可廣泛應用于疾病研究、藥物篩選相關(guān)實驗。例如在癌癥治療中，當AIE熒光探針注入體內(nèi)，腫瘤細胞就可以被“點亮”，引導醫(yī)生或手術(shù)機器人進行更完整的腫瘤手術(shù)切除。在血栓治療中，AIE材料也可用于血栓位置的精準定位。
功能材料應用
研究院研發(fā)出AIE熒光防偽油墨、AIE熒光纖維、鋰電池隔膜聚合物微球黏結(jié)劑、光學樹脂、貴金屬富集材料等產(chǎn)品。王志明介紹，在防偽油墨方面，研究院正與青島一家酒企合作開展防偽標志的研發(fā)，AIE熒光防偽油墨由樹脂與AIE分子經(jīng)特殊工藝制成。在日光下，印品呈無色或淺色，在365nm紫外光照射下則呈現(xiàn)強烈的熒光色，可用于各種商品防偽。AIE熒光纖維在自然光下呈現(xiàn)白色或彩色，經(jīng)365nm紫外光激發(fā)后可發(fā)出強烈的熒光色彩，具有熒光亮度高、耐水洗性能好，適用纖維材料廣等優(yōu)點，可應用于織物服裝、證券票據(jù)等領(lǐng)域的防偽。
公共安全應用
AIE材料還非常適用于刑偵。團隊開發(fā)出AIE磁性指紋粉末，適合刷顯全部非滲透性客體及部分半滲透性客體上的指紋，可替代市場各種顏色熒光磁性粉末，熒光亮度高、分辨率高，不受背景干擾、不破壞DNA、無毒害。團隊開發(fā)的AIE指紋噴顯懸浮液則可用于潮濕或浸水環(huán)境下的指紋套取，非滲透性客體和部分半滲透性客體均適用，同樣擁有背景干擾小、呈現(xiàn)亮度高、吸附性強等優(yōu)勢。在刑偵現(xiàn)場，很多隱藏的血跡可能是破案關(guān)鍵，團隊開發(fā)的AIE潛血顯現(xiàn)試劑，適用于現(xiàn)場新鮮的或較陳舊的、稀釋過或未稀釋過的血液痕跡呈現(xiàn)，具有微量血跡即可顯色，顯現(xiàn)顏色持久不變、不破壞DNA等重要優(yōu)勢。
此外，AIE還可以檢測毒品、爆炸物。目前，研究院可檢測嗎啡、冰毒、搖頭丸、麻古、芬太尼等十余種常見毒品；可檢測三硝基甲苯（TNT）、二硝基甲苯（DNT）、黑火藥（BP）、硝基苯（NB）、硝基甲苯（MNT）、苦味酸（Picric Acid）、黑索金（RDX）、特屈兒（TETRYL）等爆炸物。
食品安全應用
食品安全是公共安全的重要一環(huán)。研究院開發(fā)出臺式及手持式食品安全熒光定量檢測儀、食品安全前處理一體機等產(chǎn)品，可對食品中的農(nóng)藥殘留、真菌毒素、獸藥殘留、非法添加等物質(zhì)進行高靈敏度的檢測。
科學家談創(chuàng)新
中國科學院院士唐本忠：做科研要有批判性思維
從實驗室里的“靈光一閃”，到AIE材料的“名滿天下”，唐本忠感觸良多。
他告訴記者，科學發(fā)展到今天，有很多成熟的理論、模型、框架，這些最精華的東西，幾乎都被寫入教科書里。它們似乎都經(jīng)過了千錘百煉，回應了無數(shù)質(zhì)疑。但很多科學始終是相對真理，而非絕對真理。
唐本忠舉例說：“在量子力學之前，牛頓力學在經(jīng)典物理世界幾乎‘打遍天下無敵手’，但當牛頓力學來到‘微觀世界’就不行了。如果你覺得牛頓力學永遠不會錯的話，你就不會有任何創(chuàng)新。”唐本忠表示，做科研一定要秉持批判性思維，不盲目否定自己，才能有獨到的成就。