從ACQ到AIE的發(fā)光奇妙世界

本文為2017年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)成果“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”科普解讀，“AIE之父”唐本忠院士被媒體譽(yù)稱中國(guó)最有可能獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原創(chuàng)性成果。

嘿，小伙伴們！今天咱們要一起跳進(jìn)一個(gè)超級(jí)神奇、充滿奧秘的發(fā)光世界，這里有兩個(gè)超級(jí)明星——聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）和聚集導(dǎo)致猝滅（ACQ）。準(zhǔn)備好，我們的奇妙之旅開(kāi)始啦！

咱們先來(lái)說(shuō)說(shuō) ACQ 這個(gè)家伙。想象一下，在一個(gè)微觀的世界里，有好多好多小小的發(fā)光分子，就像一群可愛(ài)的小精靈，它們本來(lái)各自歡快地發(fā)著光呢。這些分子啊，在比較稀的溶液里的時(shí)候，就像是獨(dú)自在廣闊天地里玩耍的小娃娃，自由自在地散發(fā)著美麗的光芒，那畫(huà)面簡(jiǎn)直美極了。但是呢，當(dāng)這些小“精靈”開(kāi)始聚集起來(lái)，就像大家擠在一起開(kāi)派對(duì)一樣，奇怪的事情發(fā)生了！它們的光突然就變得很弱，甚至不亮了，這就是 ACQ 在搗亂啦。就好像這些小精靈在聚集的時(shí)候互相扯后腿，把原本好好的發(fā)光本事給弄丟了。

而與之相反，AIE 就像是發(fā)光世界里的神奇魔法師，它能把 ACQ 帶來(lái)的煩惱統(tǒng)統(tǒng)趕走。AIE 分子在溶液里比較分散的時(shí)候，可能不怎么發(fā)光，就像在沉睡一樣。但是一旦它們開(kāi)始聚集，哇塞，就像被施了魔法一樣，突然就開(kāi)始發(fā)出耀眼的光芒。這和 ACQ 完全相反呢，就像是在黑暗中突然點(diǎn)亮了一盞盞明燈。

在這里，不得不著重提到唐本忠院士，他可是 AIE 世界的開(kāi)拓者和引領(lǐng)者，對(duì) AIE 材料的創(chuàng)新性發(fā)展有著極其卓越的貢獻(xiàn)。

2001 年，唐本忠院士帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)了一種奇特的現(xiàn)象。一種噻咯小分子在稀溶液中竟然不發(fā)光，但是在溶劑揮發(fā)后變成干點(diǎn)時(shí)卻可受激發(fā)光。這與教科書(shū)中的光物理學(xué)常識(shí)聚集淬滅發(fā)光（ACQ）效應(yīng)完全相悖。唐本忠院士敏銳地捕捉到了這種“反常”現(xiàn)象的獨(dú)特價(jià)值，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)密設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了“越聚集、越發(fā)光”的現(xiàn)象的確存在。隨后，他和他的團(tuán)隊(duì)將這種現(xiàn)象命名為“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”，也就是 AIE。這一概念的提出，在國(guó)際上開(kāi)辟了一個(gè)具有原創(chuàng)性和引領(lǐng)性的科學(xué)研究新領(lǐng)域，堪稱是改寫光物理教科書(shū)的重大發(fā)現(xiàn)。

在后續(xù)的研究中，唐本忠院士不斷深入探索 AIE 材料的奧秘。他和團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了 AIE 材料的發(fā)光機(jī)理，揭示了 AIE 分子在聚集狀態(tài)下獨(dú)特的分子軌道變化以及能量轉(zhuǎn)化方式。例如，他們發(fā)現(xiàn) AIE 分子在分散時(shí)，其運(yùn)動(dòng)比較自由，能量容易散失，所以不太發(fā)光。而當(dāng)它們聚集起來(lái)時(shí)，運(yùn)動(dòng)受到限制，能量無(wú)法輕易散失，并且分子軌道發(fā)生變化，使得它們能夠有效地把能量轉(zhuǎn)化為光，從而實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光。這一發(fā)現(xiàn)為 AIE 材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

唐本忠院士還積極推動(dòng) AIE 材料在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，AIE 材料展現(xiàn)出了巨大的潛力。利用 AIE 材料的特性，可以對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記和追蹤。AIE 材料在正常細(xì)胞周圍不會(huì)發(fā)光或者發(fā)光很弱，但是一旦靠近癌細(xì)胞，它們就會(huì)聚集在癌細(xì)胞表面，然后發(fā)出明亮的光，這為癌癥的早期診斷和治療提供了有力的工具。在化學(xué)傳感器領(lǐng)域，AIE 材料可以對(duì)一些特殊的物質(zhì)做出快速、靈敏的反應(yīng)。當(dāng)有目標(biāo)物質(zhì)靠近 AIE 分子的時(shí)候，它們的聚集狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致發(fā)光的變化，就像一個(gè)個(gè)靈敏的“小偵探”，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出目標(biāo)物質(zhì)。

不僅如此，唐本忠院士還倡導(dǎo)從“分子論”向“聚集體論”的研究范式轉(zhuǎn)移，提出了“聚集體科學(xué)”的概念。他認(rèn)為通過(guò)對(duì)聚集體的研究，可以從更高的維度思考和解決我們面臨的各種問(wèn)題。為此，他創(chuàng)辦了名為《聚集體》的科學(xué)期刊，為 AIE 以及相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了重要的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。

2016 年，《自然》期刊將 AIE 納米粒子列為支撐和驅(qū)動(dòng)“未來(lái)納米光革命”的四大納米材料之一，這也是唯一一種由中國(guó)科學(xué)家原創(chuàng)的新材料。2020 年，AIE 入選國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)“全球十大新興化學(xué)技術(shù)”。這些榮譽(yù)和認(rèn)可，充分證明了 AIE 材料的重要性和巨大的應(yīng)用前景，也離不開(kāi)唐本忠院士及其團(tuán)隊(duì)的不懈努力和卓越貢獻(xiàn)。

總之，唐本忠院士對(duì) AIE 材料的創(chuàng)新性研究，不僅為發(fā)光材料的研究和應(yīng)用開(kāi)辟了新的方向，也為我國(guó)在化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域贏得了國(guó)際聲譽(yù)。他的成就猶如一顆璀璨的明星，照亮了 AIE 材料研究的前進(jìn)道路，讓我們對(duì)未來(lái)的科技發(fā)展充滿了期待。相信在唐本忠院士的引領(lǐng)下，AIE 材料將會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮出更加重要的作用，為人類的生活帶來(lái)更多的便利和福祉。

現(xiàn)在，我們?cè)倩仡^看看 ACQ 和 AIE 的大比拼。ACQ 就像一個(gè)調(diào)皮搗蛋的小惡魔，總是在發(fā)光分子聚集的時(shí)候搞破壞，讓美好的光芒消失。而 AIE 就像守護(hù)光芒的天使，在聚集的時(shí)候創(chuàng)造出奇跡……

未來(lái)，AIE 和 ACQ 的研究有著無(wú)比光明的前景。對(duì)于 AIE 來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們正在努力開(kāi)發(fā)更多種類的 AIE 材料，讓我們一起期待這個(gè)充滿光芒的未來(lái)吧！