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三個和尚沒水喝?——越聚集越發光,一項中國人改寫光物理課本的科學發現
2018-01-08 16:19:42 來源: 新華網
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  新華社北京1月8日電 題:三個和尚沒水喝?——越聚集越發光,一項中國人改寫光物理課本的科學發現

  新華社記者余曉潔、田曉航

  “科學真美!”

  在2017年度國家自然科學獎一等獎獲得者、中國科學院院士、香港科技大學教授唐本忠眼中,科研通向一片無限可能性的新天地,令人興奮、充滿希望。

  唐本忠團隊在國際上率先提出聚集誘導發光(AIE)——這項中國人改寫光物理課本的發現,開辟了具有原創性和國際引領性的基礎科學研究全新領域。

  光,給萬物溫暖,助生靈繁育。

  從先秦墨子對光學的最初記載,到現代物理學中的量子力學和相對論,千百年來人類沒有停止過對光的追逐、理解和利用。有機發光材料是當代光學研究的前沿熱點,化學家們對發光性能優異的功能分子夢寐以求。

  然而,“一個和尚挑水喝,兩個和尚抬水喝,三個和尚沒水喝。”平面共軛結構導致許多有機發光分子在稀溶液中發光很強,在高濃度溶液中或聚集狀態下卻發光減弱甚至消失。這一寫入光物理課本的聚集導致發光猝滅(ACQ)現象好比有機發光材料的阿喀琉斯之踵,在長達半個多世紀時間裏讓英雄前行的盔甲染上暗淡之色。

  與教科書“背道而馳”的聚集誘導發光,源自一次“不經意就會擦肩而過”的發現。

  2001年,課題組在實驗中偶然發現一種噻咯衍生物在薄層層析板上不發光,但隨著溶劑揮發,由“濕”變“幹”的樣品在紫光燈照射下卻閃閃發光。唐本忠先是驚出一身冷汗,隨後反覆實驗,確認這種噻咯衍生物在溶液狀態基本不發光,在聚集態卻發出明亮熒光!

  越聚集越發光,不是“三個和尚沒水喝”,而是“人多力量大”!

  AIE特性的熒光材料聚集發光的“秘密”在于分子內運動(包括旋轉和振動)受限。課題組發現,AIE物質在分子結構上有個顯著特點——擁有很多單鍵連接的芳香環。它們像一個個小螺旋槳,在稀溶液中自由旋轉或振動,消耗了紫外光給予它們的能量。但在聚集態下,分子之間錯落堆積,螺旋槳轉不起來,能量輻射躍遷,因而産生熒光。

  發光材料領域一扇全新的大門就此打開!

  加拿大學者貝琳達·海涅撰文稱,今天我們討論聚集不能不提聚集誘導發光。自從唐本忠團隊的原創成果發表以來,毫不誇張地説,這個研究領域經歷了爆炸式的發展。

  AIE概念提出以來,已吸引80個多國家和地區超過1500家科研單位的科學家進入該研究領域,近兩年每年新增的SCI級AIE論文均超過1000篇。

  原創性、引領性研究的偉力在于改變人們的思想、改變世界的面貌。

  發光二極體、智能材料、爆炸物檢測、化學感測器、癌細胞追蹤、細菌成像……近年來,AIE材料在光電、傳感、生物、醫療等諸多領域開始應用,被全球材料科學家“玩”出了各種花樣。其中用于生物成像和示蹤的AIE熒光探針備受市場期待。

  長期以來,中國從外國公司進口發光材料,大部分商業化熒光探針的智慧財産權都由國外企業把控,産品價格昂貴。唐本忠及其團隊的創新打破了這一格局,因為AIE材料“源頭上”的專利屬于中國人。

  與傳統ACQ材料相比,AIE材料制成的生物探針在成像分辨率、抗光漂白性、長期追蹤能力、自定位能力等方面性能更佳。

  腫瘤手術中,醫生常常為“切多了器官不能再生,切少了病灶還在”的困境而煩惱。“AIE材料熒光探針可以讓癌細胞發光而正常細胞不發光,從而‘劃出’二者的清晰邊界。一旦應用臨床,有望使癌細胞切除手術精確度大幅提高。”唐本忠説。

  獨行快,眾行遠。“唐老師領導的是一支名副其實的跨學科‘多兵種聯合部隊’,這次獲獎的成員來自香港科技大學、浙江大學、北京理工大學三所高校。不少臨床醫生被聚集誘導發光吸引,加入我們團隊。”團隊成員、華南理工大學秦安軍教授説。

  在學生們看來,唐本忠既像慈父般為人隨和,又像嚴師般挑剔苛刻。他要求弟子們“迎著困難走”,尤其對實驗和論文要一絲不茍,精益求精。

  對唐本忠而言,拿獎不是目的,興趣和熱情才是從事科研的不竭動力。“喜馬拉雅山的攀登者是瘋子還是英雄?別人怎麼看不重要,自己認為自己是英雄就行。”唐本忠鼓勵學生們秉持一腔熱情投入科研,“這才是步向成功的不二法門”。

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【糾錯】 責任編輯: 張敏彥
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