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AIE技術領跑世界 源頭創新中國「智造」

時間:2023-06-14 04:03:48來源:大公报

  圖:中國科學院院士、香港中文大學(深圳)理工學院院長唐本忠(中)和團隊成員在做實驗。

  如果有一種新冠病毒檢測試劑,可以讓病毒一接觸就肉眼可見;如果有一種會發光的衣服,可以檢測細菌……這些奇思妙想,在中國科學院院士、香港中文大學(深圳)理工學院院長唐本忠的實驗室裏正從「天方夜譚」逐步變為可能。2001年,唐本忠提出的原創性科學概念聚集誘導發光(AIE),被視為光材料研究領域的重大突破,打造了一個中國人「領跑」世界的學術流派,也為「中國智造」提供了新思路。唐本忠指出,只要能設計出合適的AIE分子,基本上任何東西都可以檢測。\大公報記者 李望賢

  從隨處可見的節能冷光源LED,到手機使用的光電屏幕,有機發光材料在現代社會中扮演着重要的角色。在唐本忠提出AIE概念以前,科學界普遍認同聚集淬滅發光效應(ACQ),即有機發光材料在固態和水中會自然聚集,一聚集就導致發光減弱,越聚集越不發光,這極大地限制了材料本身的應用。「比方你想要看身體裏面有沒有癌細胞,把發光材料往身體裏一打,材料一聚集,馬上就不發光了,什麼信號都拿不到,根本達不到檢測的目的。」唐本忠表示。

  列入四大納米光材料

  在一次學生的實驗中,唐本忠無意中發現有種分子在稀溶液中不發光,在溶劑揮發後變成乾點時卻可受激發光,這與ACQ效應正好相反。他隨之深入研究,並將這種現象定義為AIE,意即「聚集誘導發光」。具有AIE性質的熒光分子在溶液中或者分散態的情況下熒光很弱或幾乎不發光,而在固態或者聚集態下發光顯著增強。

  他介紹,單個分子可以自由地運動把能量耗散掉,一旦聚集以後分子內運動受到限制動不了,能量便不會轉變成熱能耗散,而是會以光的形式發射出來。「改變溫度、壓力、酸鹼度等環境因素,發光的顏色和亮度也會隨之發生變化,因此AIE分子可以用來做智能材料,可以檢測爆炸物、指紋、細菌、污染物等」,他指出,只要能設計出合適的AIE分子,基本上任何東西都可以檢測,「此外還可以做生物成像,比如癌細胞的追蹤、細胞和組織的影像,疾病標誌物的識別等等。」

  AIE概念打開了一扇全新大門,吸引全球科學家從事相關研究,2016年,AIE納米粒子被《自然》(Nature)列為支撐即將來臨的納米光革命的四大納米材料之一,且是其中唯一一種由中國科學家原創的新材料。

  精準檢測病毒 助力疫情防控

  唐本忠表示,目前AIE的應用主要有三大類,包括高效率光電轉化材料、高靈敏度和高特異性的智能傳感材料以及高分辨率和對比度的成像和示蹤材料。在生物醫學領域,AIE材料可用於病毒快速診療、細胞器選擇性識別等,且在新冠肺炎疫情防控中也可發揮重要作用。

  據悉,唐本忠團隊參與開發的檢測試劑盒,以聚集誘導發光量子點的熒光為重要的輸出信號,採用抗體識別技術,為新冠肺炎疑似患者提供現場快速和高通量快速試紙型檢測。AIE納米微球可以有效避免聚集誘導「熒光猝滅」的弊端,豐富了熒光免疫層析的標記物種類。與傳統的有機熒光染料相比,AIE材料具有可修飾性強、光穩定性好、熒光信號穩定、抗背景熒光干擾性強等優勢。

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