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唐本忠团队原创概念获国家自然科学奖一等奖

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-03-26 编辑:生活散文

作者:俞世南,毛惠玲资料来源:人民日报出版:2018/1/9 1:53360335

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创新,在科学之源(辉煌,中国科技)

唐本忠团队原创概念获国家自然科学奖一等奖

唐本忠在工作 信息图片“不怕掉下来,显示屏可以随意弯曲。敏锐的追踪让癌细胞无处不在……”“聚集诱导发光”(AIE)材料可以大大加快实现这些神奇功能的进程

十七年前,中国科学院院士、香港科技大学教授唐本忠团队率先提出“聚集诱导发光”(field光物理教科书中文重写的发现,开辟了一个具有原创性和国际领导力的基础科学研究新领域。 这一成果获得了2017年国家自然科学奖一等奖

聚集后发光材料的退化曾经是限制研究的诅咒。

发光材料广泛应用于日常生活中 例如,以磷光体为代表的发光材料是当前照明和显示技术的核心材料 用于纸币、证件等的印刷防伪技术。利用特殊油墨在紫外光照射下发荧光的特点。

近年来,随着发光标记材料的进一步探索,其应用已进入高灵敏度生物检测、成像、诊断和治疗等领域。 唐本忠说,荧光成像技术由于其高灵敏度、无损伤、良好的生物相容性和低成本的优点,越来越多地用于癌症的早期诊断。

制备具有优异发光性能的先进材料一直是科学家们的目标。 然而,许多发光材料仅在溶液中具有更高的发光效率。 早在20世纪中叶,德国科学家就发现发光分子在稀溶液中可以高效发光,但在浓溶液或聚集状态下,发光能力大大减弱甚至消失,这就是传统的“聚集猝灭发光”(ACQ)现象

就像一个魔法咒语,ACQ现象让发光领域的研究人员大为摸不着头脑。 发光材料通常以聚集或固态使用 例如,在有机发光二极管中,发光材料通常被制成固体薄膜;当用作生物探针时,发光材料倾向于自聚集成纳米粒子 当检测水中的有害物质时,使用的有机发光材料大多是疏水性物质,因此在水中聚集是不可避免的 ACQ现象极大地限制了发光材料的应用范围 ”唐本忠说 “ACQ现象”就像有机发光材料的“阿基里斯之踵”,科学家们一直在试图找到克服它的方法。

唐本忠介绍说,简单的方法是将发光材料掺杂到基质中,以降低其浓度和聚集程度。 然而,随着使用时间的延长,掺杂分子将从混合物中分离出来,导致器件的发光性能下降。 其他方法虽然能在一定程度上防止有机发光材料聚集,但成本高,制备过程复杂。 “聚集是分子自发的自然过程。通过各种物理或化学手段抑制这一自然过程将不可避免地带来各种负面影响 “

分子越多,它们的发光能力就越弱。我该怎么办?然后避免把它们放在一起,这是大多数科学家的研究方向。 为了提高应用效果,人们只能在有机分子聚集后稍微降低发光效率。

最初的概念开辟了有机发光材料的新领域。

我们能做相反的事情,利用分子的自发聚集过程来提高发光效率吗?

2001年,唐本忠和他的学生在实验中意外发现了一个与ACQ完全相反的现象,即分子聚集时会发出更多的光。 唐本忠将这种现象定义为AIE,从而为发光材料领域打开了一扇全新的大门。

为什么这些有机分子以聚集状态高效发光?经过大量的实验验证和理论模拟研究,唐本忠团队阐述并证明了AIE的工作机制,即分子内运动限制

“简而言之,ACQ和AIE分子的结构本质上是不同的 ACQ分子大多具有大的平面稠环结构,能够以分散状态高效发光。 然而,AIE分子基本上有许多芳香环通过单键与中心结构相连,显示出类似螺旋桨的结构。 当这些分子处于聚集状态或固态时,分子不能很好地堆叠,但是芳香环的旋转或振动受到限制。 当分子不能机械移动时,非放射性衰变通道被阻断 能量需要找到另一种发射方式,从而产生明亮的荧光甚至磷光。 ”唐本忠说

你收集的越多,你就越能发光,转化后的分子“改变它们的气质” 举个形象的例子,传统的ACQ分子就像一群勇敢的战士,他们可以聚集在一起但会互相阻碍,无法显示1+1=2的力量。虽然AIE的材料就像私人方阵,但它们越靠近,势头就越大。

AIE开辟了有机发光材料的新领域,是中国科学家最初创造和领导的研究前沿。 据了解,来自80多个国家和地区的1500多个科研机构的科学家已经进入这一领域。已发表论文的引用总数超过10万篇,近两年每年增加的SCI级相关论文超过1000篇。

2016年,AIE材料及相关研究被英国杂志《自然》和美国权威媒体重点报道。AIE纳米材料被认为是“支持即将到来的纳米光革命的四个纳米材料系统之一”

“概念创新是科学追求的圣杯 “唐本忠说,历史已经证明,原创概念可以引领前沿,开拓新领域。 行业专家表示,AIE研究已经改变了人们对世界的理解方式,甚至可能在未来改变人们的生活方式。

将服务于光电、传感和医疗等领域

AIE提供了一种解决发光材料聚集后性能下降的方法。这个新概念并不停留在实验室里。

在过去的10年里,实验室合成的一系列AIE材料相继问世,使人们的神奇材料更加贴近现实,展示了其在光电器件、化学传感器、生物监测和成像领域的巨大应用前景。

高效率、低能耗、易加工、高韧性的显示屏一直是行业的探索方向。 唐本忠团队正在将AIE材料应用于有机发光二极管的方向,以生产具有薄屏幕且不怕掉落的柔性显示器。

在医药、工业和环境领域,有必要监测各种物质的含量 例如,工业生产中某些离子和废气的浓度控制、空气体质量监控等。 AIE材料对某些化学物质有很强的特异性识别。例如,一些在稀溶液中没有荧光的AIE化合物只会与某些特定离子相互作用,从而聚集并“发光”,从而成为一种有效的检测方法。

此外,AIE分子对外部环境条件的变化很敏感,如压力、温度、酸碱度等的变化。这将通过影响聚集度来影响发光。 这样,AIE化合物可以用来检测环境的变化,如河水的酸碱度、污染物的组成和浓度等。

目前,用于跟踪细胞的商用荧光探针不仅价格昂贵,而且大量使用也会产生ACQ效应。 尽管痕量的使用可以防止荧光猝灭,但多次光学扫描后容易发生光漂白,导致荧光信号消失,难以满足细胞器或活体的监测和成像需要。

唐本忠表示,AIE材料具有制备成本低、剂量灵活性高、光稳定性高的优点,有望成为未来人们观察微观世界的有力工具。 据报道,该团队已经对活体动物进行了实验,并将在未来与医学专家、生物学家和工业界共同探索更多,以改善AIE材料的性能,促进工业应用。

“AIE是一个全新的领域。我相信人们会开发越来越多的创新AIE材料,使科学成果能够为人们的生活服务。 “唐本忠对未来的应用前景充满信心

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