新華社北京１月８日電題：三個(gè)和尚沒水喝？——越聚集越發(fā)光，一項(xiàng)中國人改寫光物理課本的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

新華社記者余曉潔、田曉航

“科學(xué)真美！”

在２０１７年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院院士、香港科技大學(xué)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(tuán)隊(duì)在國際上率先提出聚集誘導(dǎo)發(fā)光（ＡＩＥ）——這項(xiàng)中國人改寫光物理課本的發(fā)現(xiàn)，開辟了具有原創(chuàng)性和國際引領(lǐng)性的基礎(chǔ)科學(xué)研究全新領(lǐng)域。

光，給萬物溫暖，助生靈繁育。

從先秦墨子對(duì)光學(xué)的最初記載，到現(xiàn)代物理學(xué)中的量子力學(xué)和相對(duì)論，千百年來人類沒有停止過對(duì)光的追逐、理解和利用。有機(jī)發(fā)光材料是當(dāng)代光學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，化學(xué)家們對(duì)發(fā)光性能優(yōu)異的功能分子夢寐以求。

然而，“一個(gè)和尚挑水喝，兩個(gè)和尚抬水喝，三個(gè)和尚沒水喝。”平面共軛結(jié)構(gòu)導(dǎo)致許多有機(jī)發(fā)光分子在稀溶液中發(fā)光很強(qiáng)，在高濃度溶液中或聚集狀態(tài)下卻發(fā)光減弱甚至消失。這一寫入光物理課本的聚集導(dǎo)致發(fā)光猝滅（ＡＣＱ）現(xiàn)象好比有機(jī)發(fā)光材料的阿喀琉斯之踵，在長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)時(shí)間里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(dǎo)發(fā)光，源自一次“不經(jīng)意就會(huì)擦肩而過”的發(fā)現(xiàn)。

２００１年，課題組在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)一種噻咯衍生物在薄層層析板上不發(fā)光，但隨著溶劑揮發(fā)，由“濕”變“干”的樣品在紫光燈照射下卻閃閃發(fā)光。唐本忠先是驚出一身冷汗，隨后反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)這種噻咯衍生物在溶液狀態(tài)基本不發(fā)光，在聚集態(tài)卻發(fā)出明亮熒光！

越聚集越發(fā)光，不是“三個(gè)和尚沒水喝”，而是“人多力量大”！

ＡＩＥ特性的熒光材料聚集發(fā)光的“秘密”在于分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)（包括旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)）受限。課題組發(fā)現(xiàn)，ＡＩＥ物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上有個(gè)顯著特點(diǎn)——擁有很多單鍵連接的芳香環(huán)。它們像一個(gè)個(gè)小螺旋槳，在稀溶液中自由旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)，消耗了紫外光給予它們的能量。但在聚集態(tài)下，分子之間錯(cuò)落堆積，螺旋槳轉(zhuǎn)不起來，能量輻射躍遷，因而產(chǎn)生熒光。

發(fā)光材料領(lǐng)域一扇全新的大門就此打開！

加拿大學(xué)者貝琳達(dá)·海涅撰文稱，今天我們討論聚集不能不提聚集誘導(dǎo)發(fā)光。自從唐本忠團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)成果發(fā)表以來，毫不夸張地說，這個(gè)研究領(lǐng)域經(jīng)歷了爆炸式的發(fā)展。

ＡＩＥ概念提出以來，已吸引８０個(gè)多國家和地區(qū)超過１５００家科研單位的科學(xué)家進(jìn)入該研究領(lǐng)域，近兩年每年新增的ＳＣＩ級(jí)ＡＩＥ論文均超過１０００篇。

原創(chuàng)性、引領(lǐng)性研究的偉力在于改變?nèi)藗兊乃枷?、改變世界的面貌?/p>

發(fā)光二極管、智能材料、爆炸物檢測、化學(xué)傳感器、癌細(xì)胞追蹤、細(xì)菌成像……近年來，ＡＩＥ材料在光電、傳感、生物、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域開始應(yīng)用，被全球材料科學(xué)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(jìn)口發(fā)光材料，大部分商業(yè)化熒光探針的知識(shí)產(chǎn)權(quán)都由國外企業(yè)把控，產(chǎn)品價(jià)格昂貴。唐本忠及其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新打破了這一格局，因?yàn)椋粒桑挪牧稀霸搭^上”的專利屬于中國人。

與傳統(tǒng)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(shù)中，醫(yī)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?！埃粒桑挪牧蠠晒馓结樋梢宰尠┘?xì)胞發(fā)光而正常細(xì)胞不發(fā)光，從而‘劃出’二者的清晰邊界。一旦應(yīng)用臨床，有望使癌細(xì)胞切除手術(shù)精確度大幅提高?！碧票局艺f。

獨(dú)行快，眾行遠(yuǎn)?！疤评蠋燁I(lǐng)導(dǎo)的是一支名副其實(shí)的跨學(xué)科‘多兵種聯(lián)合部隊(duì)’，這次獲獎(jiǎng)的成員來自香港科技大學(xué)、浙江大學(xué)、北京理工大學(xué)三所高校。不少臨床醫(yī)生被聚集誘導(dǎo)發(fā)光吸引，加入我們團(tuán)隊(duì)?！眻F(tuán)隊(duì)成員、華南理工大學(xué)秦安軍教授說。

在學(xué)生們看來，唐本忠既像慈父般為人隨和，又像嚴(yán)師般挑剔苛刻。他要求弟子們“迎著困難走”，尤其對(duì)實(shí)驗(yàn)和論文要一絲不茍，精益求精。

對(duì)唐本忠而言，拿獎(jiǎng)不是目的，興趣和熱情才是從事科研的不竭動(dòng)力?！跋柴R拉雅山的攀登者是瘋子還是英雄？別人怎么看不重要，自己認(rèn)為自己是英雄就行?！碧票局夜膭?lì)學(xué)生們秉持一腔熱情投入科研，“這才是步向成功的不二法門”。