【院士专访】实验室的一次“意外”，让这种神奇材料在测病毒、探肿瘤、做防伪上大显身手

测病毒、探肿瘤、做防伪……

这种神奇的新材料

源自实验室“意外”

一起来看看

让万物皆可发光的AIE材料

有什么超能力吧！

日前，2024年广东省科学技术奖颁布，中国科学院院士、香港中文大学（深圳）教授、广州市荣誉市民唐本忠荣获突出贡献奖。

作为我国著名的化学家和材料学家，唐本忠在2001年首先提出了聚集诱导发光（AIE）概念，这是世界公认的原始创新理论。经过20多年的发展，全世界已有2200多个机构对此进行研究，AIE被《自然》杂志认为是支撑未来纳米光革命的四大纳米材料之一。如今，唐本忠院士与母校华南理工大学合作，在黄埔区建立了广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院，专门开展AIE材料的成果转化。

本期《科技周刊》，记者专访唐本忠院士，并来到黄埔区的AIE研究院，一探这一神奇新材料的前沿应用。

“聚集诱导发光”概念

源自实验室“意外”

唐本忠院士介绍，聚集诱导发光指的是一类发光物质在溶液中不发光，但聚集在一起后却发光增强的光物理现象。该现象的发现，始于实验室内的一场“意外”。

2001年，唐本忠带着一名博士后在实验室合成一种含噻咯环的有机发光分子（HPS）。学生意外发现，HPS稀溶液在紫外灯下几乎不发光，等到溶剂挥发、分子聚集后，却发出明亮的荧光，这与近百年来科学界所坚持的“聚集淬灭发光（ACQ）”的传统认知完全相反。

是实验失败了吗？唐本忠立即与学生开启重复实验，经过反复验证，最终确认HPS“溶液不亮、聚集才亮”的规律属实。于是，他首次提出“聚集诱导发光”新概念，并系统开展其发光机理研究。

唐本忠告诉记者：“以往人们认为，大部分有机分子往往是单分子时会比较亮，聚在一块后发光能力就会减弱。但AIE材料却反其道而行，它在成为聚集体后会变得光亮，这让它有着广泛的应用场景。”

AIE“家族”开枝散叶

应用场景日趋广阔

自发现AIE材料20多年来，已有来自76个国家和地区的2200余个科研机构对这一新材料开展研究，这也让AIE材料体系越来越丰富，应用场景越来越广阔。

如今，AIE材料“家族”已经发展出HPS（六苯基噻咯类）、TPE（四苯乙烯类）、TPP（四苯基吡嗪类）、DSA（二苯乙烯基蒽类）等“家族成员”，它们除了能发出不同波长的光，还有各种特性：有的成膜性好、适合大面积OLED和化学传感薄膜的生产；有的适合做近红外成像与光热治疗；有的广泛用于“裸眼”化学传感器……

AIE荧光纤维在自然光下呈现白色或彩色，365nm紫外光激发后可发出强烈的荧光色彩。

凭借当初对AIE材料的原创性发现，唐本忠荣获2017年国家自然科学奖一等奖。而AIE材料也开始从科学发现向成果转化迭代，2020年，AIE被国际权威学术组织国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）评为化学领域的十大新兴技术。

唐本忠用自己的手机举例：“我们的手机显示屏用的是OLED有机发光二极管，但现有材料做成薄膜后，聚集发光能力会减弱。如果使用AIE材料做成OLED则不一样，这种材料会越聚越亮，因此OLED是AIE材料最有前途的应用之一。”

2024年，作为有机光电功能材料领域，特别是聚集诱导发光（AIE）研究的引领者，唐本忠担任京东方公司的战略科技顾问。他将在新型显示材料、光电器件等方面为京东方提供战略咨询和技术指导。

成果转化在广州：

测病毒、探肿瘤、做防伪……

唐本忠与广州有解不开的情缘。他是1978年恢复高考后考入华南理工大学的“老三届”毕业生，毕业后出国深造，再回到香港任教，与广州保持着深厚的情谊，并与母校有良好的产学研合作。2015年，唐本忠荣获“广州市荣誉市民”称号。2020年5月，广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院（以下简称AIE研究院）在黄埔区成立。唐本忠担任研究院院长，助力AIE前沿材料在广州的落地转化。

AIE研究院常务副院长、华南理工大学研究员王志明表示，AIE研究院成立5年来，始终坚持自主研发创新技术，已获得50余项国家发明专利。AIE材料作为一种前沿新材料，仍处在市场培育与拓展阶段，目前，研究院已与中国人民解放军南部战区总医院、广州金域医学检验中心有限公司等全国上百家医院、企业、科研机构达成合作，建立了联合实验室和应用示范基地。

AIE研究院常务副院长、华南理工大学研究员王志明告诉记者，目前，AIE研究院已用AIE材料开发出各类产品，主要可分为功能微球、功能材料、公共安全、科研耗材、体外诊断等多个方向。

AIE材料体系越来越丰富。

一起看看

发光小精灵AIE材料

有什么用？

功能微球应用

大家熟知的检测试剂盒，采用的显示技术叫作胶体金法，但其灵敏度不够高，标志物的载量要达到一定水平才能被检测到。团队将AIE荧光微球技术引入试剂盒中，微球表面修饰有丰富的功能基团，使其能够高效地与目标蛋白偶联，特别适用于超敏荧光免疫层析。

“我们以AIE荧光微球技术为依托开发了很多检测试剂盒，可检测基孔肯雅热、寨卡、登革热等病毒以及各类毒品。AIE荧光检测试剂盒的优势是即时检测，仅需要几分钟即可完成检测。它抗干扰能力强，可进行定量检测，检测的灵敏度也比胶体金法的灵敏度高2—3个数量级。”

科研耗材应用

团队开发了多款AIE荧光探针。具有聚集诱导发光（AIE）效应的细胞器成像荧光探针，能够在溶液及细胞环境中保持微弱的荧光信号。一旦进入细胞并与目标结构结合时，其荧光信号就会大幅度增强，由此可广泛应用于疾病研究、药物筛选相关实验。例如在癌症治疗中，当AIE荧光探针注入体内，肿瘤细胞就可以被“点亮”，引导医生或手术机器人进行更完整的肿瘤手术切除。在血栓治疗中，AIE材料也可用于血栓位置的精准定位。

功能材料应用

研究院研发出AIE荧光防伪油墨、AIE荧光纤维、锂电池隔膜聚合物微球黏结剂、光学树脂、贵金属富集材料等产品。王志明介绍，在防伪油墨方面，研究院正与青岛一家酒企合作开展防伪标志的研发，AIE荧光防伪油墨由树脂与AIE分子经特殊工艺制成。在日光下，印品呈无色或浅色，在365nm紫外光照射下则呈现强烈的荧光色，可用于各种商品防伪。

AIE荧光纤维在自然光下呈现白色或彩色，经365nm紫外光激发后可发出强烈的荧光色彩，具有荧光亮度高、耐水洗性能好，适用纤维材料广等优点，可应用于织物服装、证券票据等领域的防伪。

公共安全应用

AIE材料还非常适用于刑侦。团队开发出AIE磁性指纹粉末，适合刷显全部非渗透性客体及部分半渗透性客体上的指纹，可替代市场各种颜色荧光磁性粉末，荧光亮度高、分辨率高，不受背景干扰、不破坏DNA、无毒害。团队开发的AIE指纹喷显悬浮液则可用于潮湿或浸水环境下的指纹套取，非渗透性客体和部分半渗透性客体均适用，同样拥有背景干扰小、呈现亮度高、吸附性强等优势。在刑侦现场，很多隐藏的血迹可能是破案关键，团队开发的AIE潜血显现试剂，适用于现场新鲜的或较陈旧的、稀释过或未稀释过的血液痕迹呈现，具有微量血迹即可显色，显现颜色持久不变、不破坏DNA等重要优势。

AIE材料应用场景日趋广阔。

此外，AIE还可以检测毒品、爆炸物。目前，研究院可检测吗啡、冰毒、摇头丸、麻古、芬太尼等十余种常见毒品；可检测三硝基甲苯（TNT）、二硝基甲苯（DNT）、黑火药（BP）、硝基苯（NB）、硝基甲苯（MNT）、苦味酸（Picric Acid）、黑索金（RDX）、特屈儿（TETRYL）等爆炸物。

食品安全应用

食品安全是公共安全的重要一环。研究院开发出台式及手持式食品安全荧光定量检测仪、食品安全前处理一体机等产品，可对食品中的农药残留、真菌毒素、兽药残留、非法添加等物质进行高灵敏度的检测。

从实验室里的“灵光一闪”

到AIE材料的“名满天下”

唐本忠感触良多

科学家谈创新：
做科研要有批判性思维

中国科学院院士唐本忠告诉记者，科学发展到今天，有很多成熟的理论、模型、框架，这些最精华的东西，几乎都被写入教科书里。它们似乎都经过了千锤百炼，回应了无数质疑。但很多科学始终是相对真理，而非绝对真理。

唐本忠举例说：“在量子力学之前，牛顿力学在经典物理世界几乎‘打遍天下无敌手’，但当牛顿力学来到‘微观世界’就不行了。如果你觉得牛顿力学永远不会错的话，你就不会有任何创新。”

唐本忠表示

做科研一定要秉持批判性思维

不盲目否定自己

才能有独到的成就

来源：广州日报

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