日前，2024年廣東省科學技術獎頒布，中國科學院院士、香港中文大學（深圳）教授、廣州市榮譽市民唐本忠榮獲突出貢獻獎。
作為我國著名的化學家和材料學家，唐本忠在2001年首先提出了聚集誘導發光（AIE）概念，這是世界公認的原始創新理論。經過20多年的發展，全世界已有2200多個機構對此進行研究，AIE被《自然》雜志認為是支撐未來納米光革命的四大納米材料之一。如今，唐本忠院士與母校華南理工大學合作，在黃埔區建立了廣東省大灣區華南理工大學聚集誘導發光高等研究院，專門開展AIE材料的成果轉化。
本期《科技周刊》，記者專訪唐本忠院士，并來到黃埔區的AIE研究院，一探這一神奇新材料的前沿應用。
文/廣州日報全媒體記者武威
圖/廣州日報全媒體記者王維宣（除署名外）
“聚集誘導發光”概念
源自實驗室“意外”
唐本忠院士介紹，聚集誘導發光指的是一類發光物質在溶液中不發光，但聚集在一起后卻發光增強的光物理現象。該現象的發現，始于實驗室內的一場“意外”。
2001年，唐本忠帶著一名博士后在實驗室合成一種含噻咯環的有機發光分子（HPS）。學生意外發現，HPS稀溶液在紫外燈下幾乎不發光，等到溶劑揮發、分子聚集后，卻發出明亮的熒光，這與近百年來科學界所堅持的“聚集淬滅發光（ACQ）”的傳統認知完全相反。
是實驗失敗了嗎？唐本忠立即與學生開啟重復實驗，經過反復驗證，最終確認HPS“溶液不亮、聚集才亮”的規律屬實。于是，他首次提出“聚集誘導發光”新概念，并系統開展其發光機理研究。
唐本忠告訴記者：“以往人們認為，大部分有機分子往往是單分子時會比較亮，聚在一塊后發光能力就會減弱。但AIE材料卻反其道而行，它在成為聚集體后會變得光亮，這讓它有著廣泛的應用場景?！?/p>
AIE“家族”開枝散葉
應用場景日趨廣闊
自發現AIE材料20多年來，已有來自76個國家和地區的2200余個科研機構對這一新材料開展研究，這也讓AIE材料體系越來越豐富，應用場景越來越廣闊。如今，AIE材料“家族”已經發展出HPS（六苯基噻咯類）、TPE（四苯乙烯類）、TPP（四苯基吡嗪類）、DSA（二苯乙烯基蒽類）等“家族成員”，它們除了能發出不同波長的光，還有各種特性：有的成膜性好、適合大面積OLED和化學傳感薄膜的生產；有的適合做近紅外成像與光熱治療；有的廣泛用于“裸眼”化學傳感器……
憑借當初對AIE材料的原創性發現，唐本忠榮獲2017年國家自然科學獎一等獎。而AIE材料也開始從科學發現向成果轉化迭代，2020年，AIE被國際權威學術組織國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）評為化學領域的十大新興技術。
唐本忠用自己的手機舉例：“我們的手機顯示屏用的是OLED有機發光二極管，但現有材料做成薄膜后，聚集發光能力會減弱。如果使用AIE材料做成OLED則不一樣，這種材料會越聚越亮，因此OLED是AIE材料最有前途的應用之一?！?/p>
2024年，作為有機光電功能材料領域，特別是聚集誘導發光（AIE）研究的引領者，唐本忠擔任京東方公司的戰略科技顧問。他將在新型顯示材料、光電器件等方面為京東方提供戰略咨詢和技術指導。
成果轉化在廣州：測病毒、探腫瘤、做防偽……
唐本忠與廣州有解不開的情緣。他是1978年恢復高考后考入華南理工大學的“老三屆”畢業生，畢業后出國深造，再回到香港任教，與廣州保持著深厚的情誼，并與母校有良好的產學研合作。2015年，唐本忠榮獲“廣州市榮譽市民”稱號。2020年5月，廣東省大灣區華南理工大學聚集誘導發光高等研究院（以下簡稱AIE研究院）在黃埔區成立。唐本忠擔任研究院院長，助力AIE前沿材料在廣州的落地轉化。
王志明表示，AIE研究院成立5年來，始終堅持自主研發創新技術，已獲得50余項國家發明專利。AIE材料作為一種前沿新材料，仍處在市場培育與拓展階段，目前，研究院已與中國人民解放軍南部戰區總醫院、廣州金域醫學檢驗中心有限公司等全國上百家醫院、企業、科研機構達成合作，建立了聯合實驗室和應用示范基地。
AIE研究院常務副院長、華南理工大學研究員王志明告訴記者，目前，AIE研究院已用AIE材料開發出各類產品，主要可分為功能微球、功能材料、公共安全、科研耗材、體外診斷等多個方向。
功能微球應用
大家熟知的檢測試劑盒，采用的顯示技術叫作膠體金法，但其靈敏度不夠高，標志物的載量要達到一定水平才能被檢測到。團隊將AIE熒光微球技術引入試劑盒中，微球表面修飾有豐富的功能基團，使其能夠高效地與目標蛋白偶聯，特別適用于超敏熒光免疫層析?！拔覀円訟IE熒光微球技術為依托開發了很多檢測試劑盒，可檢測基孔肯雅熱、寨卡、登革熱等病毒以及各類毒品。AIE熒光檢測試劑盒的優勢是即時檢測，僅需要幾分鐘即可完成檢測。它抗干擾能力強，可進行定量檢測，檢測的靈敏度也比膠體金法的靈敏度高2—3個數量級?！?/p>
科研耗材應用
團隊開發了多款AIE熒光探針。具有聚集誘導發光（AIE）效應的細胞器成像熒光探針，能夠在溶液及細胞環境中保持微弱的熒光信號。一旦進入細胞并與目標結構結合時，其熒光信號就會大幅度增強，由此可廣泛應用于疾病研究、藥物篩選相關實驗。例如在癌癥治療中，當AIE熒光探針注入體內，腫瘤細胞就可以被“點亮”，引導醫生或手術機器人進行更完整的腫瘤手術切除。在血栓治療中，AIE材料也可用于血栓位置的精準定位。
功能材料應用
研究院研發出AIE熒光防偽油墨、AIE熒光纖維、鋰電池隔膜聚合物微球黏結劑、光學樹脂、貴金屬富集材料等產品。王志明介紹，在防偽油墨方面，研究院正與青島一家酒企合作開展防偽標志的研發，AIE熒光防偽油墨由樹脂與AIE分子經特殊工藝制成。在日光下，印品呈無色或淺色，在365nm紫外光照射下則呈現強烈的熒光色，可用于各種商品防偽。AIE熒光纖維在自然光下呈現白色或彩色，經365nm紫外光激發后可發出強烈的熒光色彩，具有熒光亮度高、耐水洗性能好，適用纖維材料廣等優點，可應用于織物服裝、證券票據等領域的防偽。
公共安全應用
AIE材料還非常適用于刑偵。團隊開發出AIE磁性指紋粉末，適合刷顯全部非滲透性客體及部分半滲透性客體上的指紋，可替代市場各種顏色熒光磁性粉末，熒光亮度高、分辨率高，不受背景干擾、不破壞DNA、無毒害。團隊開發的AIE指紋噴顯懸浮液則可用于潮濕或浸水環境下的指紋套取，非滲透性客體和部分半滲透性客體均適用，同樣擁有背景干擾小、呈現亮度高、吸附性強等優勢。在刑偵現場，很多隱藏的血跡可能是破案關鍵，團隊開發的AIE潛血顯現試劑，適用于現場新鮮的或較陳舊的、稀釋過或未稀釋過的血液痕跡呈現，具有微量血跡即可顯色，顯現顏色持久不變、不破壞DNA等重要優勢。
此外，AIE還可以檢測毒品、爆炸物。目前，研究院可檢測嗎啡、冰毒、搖頭丸、麻古、芬太尼等十余種常見毒品；可檢測三硝基甲苯（TNT）、二硝基甲苯（DNT）、黑火藥（BP）、硝基苯（NB）、硝基甲苯（MNT）、苦味酸（Picric Acid）、黑索金（RDX）、特屈兒（TETRYL）等爆炸物。
食品安全應用
食品安全是公共安全的重要一環。研究院開發出臺式及手持式食品安全熒光定量檢測儀、食品安全前處理一體機等產品，可對食品中的農藥殘留、真菌毒素、獸藥殘留、非法添加等物質進行高靈敏度的檢測。
科學家談創新
中國科學院院士唐本忠：做科研要有批判性思維
從實驗室里的“靈光一閃”，到AIE材料的“名滿天下”，唐本忠感觸良多。
他告訴記者，科學發展到今天，有很多成熟的理論、模型、框架，這些最精華的東西，幾乎都被寫入教科書里。它們似乎都經過了千錘百煉，回應了無數質疑。但很多科學始終是相對真理，而非絕對真理。
唐本忠舉例說：“在量子力學之前，牛頓力學在經典物理世界幾乎‘打遍天下無敵手’，但當牛頓力學來到‘微觀世界’就不行了。如果你覺得牛頓力學永遠不會錯的話，你就不會有任何創新?！碧票局冶硎?，做科研一定要秉持批判性思維，不盲目否定自己，才能有獨到的成就。