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    越聚集越发光:一项中国人改写光物理课本的科学发现

    18-01-09 作者:木木 来源:未知 点击:59

      新华社北京1月8日电题:三个和尚没水喝?——越聚集越发光,一项中国人改写光物理课本的科学发现

      新华社记者余晓洁、田晓航

      “科学真美!”

      在2017年度国家自然科学奖一等奖获得者、中国科学院院士、香港科技大学教授唐本忠眼中,科研通向一片无限可能性的新天地,令人兴奋、充满希望。

      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。

      光,给万物温暖,助生灵繁育。

      从先秦墨子对光学的最初记载,到现代物理学中的量子力学和相对论,千百年来人类没有停止过对光的追逐、理解和利用。有机发光材料是当代光学研究的前沿热点,化学家们对发光性能优异的功能分子梦寐以求。

      然而,“一个和尚挑水喝,两个和尚抬水喝,三个和尚没水喝。”平面共轭结构导致许多有机发光分子在稀溶液中发光很强,在高浓度溶液中或聚集状态下却发光减弱甚至消失。这一写入光物理课本的聚集导致发光猝灭(ACQ)现象好比有机发光材料的阿喀琉斯之踵,在长达半个多世纪时间里让英雄前行的盔甲染上暗淡之色。

      与教科书“背道而驰”的聚集诱导发光,源自一次“不经意就会擦肩而过”的发现。

      2001年,课题组在实验中偶然发现一种噻咯衍生物在薄层层析板上不发光,但随着溶剂挥发,由“湿”变“干”的样品在紫光灯照射下却闪闪发光。唐本忠先是惊出一身冷汗,随后反复实验,确认这种噻咯衍生物在溶液状态基本不发光,在聚集态却发出明亮荧光!

      越聚集越发光,不是“三个和尚没水喝”,而是“人多力量大”!

      AIE特性的荧光材料聚集发光的“秘密”在于分子内运动(包括旋转和振动)受限。课题组发现,AIE物质在分子结构上有个显著特点——拥有很多单键连接的芳香环。它们像一个个小螺旋桨,在稀溶液中自由旋转或振动,消耗了紫外光给予它们的能量。但在聚集态下,分子之间错落堆积,螺旋桨转不起来,能量辐射跃迁,因而产生荧光。

      发光材料领域一扇全新的大门就此打开!

      加拿大学者贝琳达·海涅撰文称,今天我们讨论聚集不能不提聚集诱导发光。自从唐本忠团队的原创成果发表以来,毫不夸张地说,这个研究领域经历了爆炸式的发展。

      AIE概念提出以来,已吸引80个多国家和地区超过1500家科研单位的科学家进入该研究领域,近两年每年新增的SCI级AIE论文均超过1000篇。

      原创性、引领性研究的伟力在于改变人们的思想、改变世界的面貌。

      发光二极管、智能材料、爆炸物检测、化学传感器、癌细胞追踪、细菌成像……近年来,AIE材料在光电、传感、生物、医疗等诸多领域开始应用,被全球材料科学家“玩”出了各种花样。其中用于生物成像和示踪的AIE荧光探针备受市场期待。

      长期以来,中国从外国公司进口发光材料,大部分商业化荧光探针的知识产权都由国外企业把控,产品价格昂贵。唐本忠及其团队的创新打破了这一格局,因为AIE材料“源头上”的专利属于中国人。

      与传统ACQ材料相比,AIE材料制成的生物探针在成像分辨率、抗光漂白性、长期追踪能力、自定位能力等方面性能更佳。

      肿瘤手术中,医生常常为“切多了器官不能再生,切少了病灶还在”的困境而烦恼。“AIE材料荧光探针可以让癌细胞发光而正常细胞不发光,从而‘划出’二者的清晰边界。一旦应用临床,有望使癌细胞切除手术精确度大幅提高。”唐本忠说。

      独行快,众行远。“唐老师领导的是一支名副其实的跨学科‘多兵种联合部队’,这次获奖的成员来自香港科技大学、浙江大学、北京理工大学三所高校。不少临床医生被聚集诱导发光吸引,加入我们团队。”团队成员、华南理工大学秦安军教授说。

      在学生们看来,唐本忠既像慈父般为人随和,又像严师般挑剔苛刻。他要求弟子们“迎着困难走”,尤其对实验和论文要一丝不苟,精益求精。

      对唐本忠而言,拿奖不是目的,兴趣和热情才是从事科研的不竭动力。“喜马拉雅山的攀登者是疯子还是英雄?别人怎么看不重要,自己认为自己是英雄就行。”唐本忠鼓励学生们秉持一腔热情投入科研,“这才是步向成功的不二法门”。

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