癌細(xì)胞無(wú)處遁形？AIE材料“點(diǎn)亮”腫瘤，唐本忠中科院團(tuán)隊(duì)登頂JACS
文章來(lái)源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-04-29 14:58:34
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在材料科學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域，唐本忠院士無(wú)疑是一位熠熠生輝的領(lǐng)軍人物。身為中國(guó)科學(xué)院院士、高分子化學(xué)家，他同時(shí)擔(dān)任著香港中文大學(xué)（深圳）校長(zhǎng)學(xué)勤講座教授以及理工學(xué)院院長(zhǎng)等重要職位。 長(zhǎng)期以來(lái)，唐本忠院士深耕于高分子化學(xué)和先進(jìn)功能材料研究領(lǐng)域，其在聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-Induced Emission，簡(jiǎn)稱(chēng)AIE）這一前沿領(lǐng)域所取得的原創(chuàng)性成果，尤為引人注目，他也當(dāng)之無(wú)愧地成為AIE概念的提出者和該研究方向的引領(lǐng)者。而近期，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)再次傳來(lái)喜訊，在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果，為有機(jī)發(fā)光材料領(lǐng)域帶來(lái)了新的變革與突破。 別具一格的AIE材料 AIE，即聚集誘導(dǎo)發(fā)光，從概念上理解或許稍顯生澀，但其實(shí)它描述的是一種極為獨(dú)特的發(fā)光現(xiàn)象。在自然界中，存在著一類(lèi)特殊的物質(zhì)——發(fā)光材料，這類(lèi)物質(zhì)在吸收光之后，自身能夠發(fā)出淡淡的熒光，并且這種熒光屬于冷光，與常見(jiàn)的發(fā)熱燈管不同，觸摸時(shí)絲毫不會(huì)感覺(jué)到熱度。在這些發(fā)光材料內(nèi)部，有著一群如同“小精靈”般負(fù)責(zé)發(fā)光的分子。當(dāng)處于安靜狀態(tài)的分子受到光的照射，會(huì)瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姂B(tài)，而在從活潑態(tài)回歸安靜態(tài)的過(guò)程中，熒光便隨之產(chǎn)生。 然而，過(guò)去科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)光材料存在一個(gè)局限性：它們僅在液體環(huán)境中能夠發(fā)光，一旦轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，發(fā)光能力便會(huì)大幅減弱，甚至完全消失。但AIE材料卻打破了這一常規(guī)認(rèn)知，呈現(xiàn)出相反的特性。當(dāng)AIE材料處于溶液狀態(tài)時(shí)，其中發(fā)光的“小精靈”分子能夠自由活動(dòng)，在此過(guò)程中會(huì)將吸收的能量消耗殆盡，無(wú)法為發(fā)光提供足夠能量；可一旦這些材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，分子們緊密地?cái)D在一起，活動(dòng)空間受到極大限制，此時(shí)便只能通過(guò)發(fā)光來(lái)消耗能量，從而展現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)光性能 。 AIE材料所具備的這種特殊性質(zhì)，使其擁有了眾多令人矚目的特殊技能。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，當(dāng)需要測(cè)定水體污染物類(lèi)別時(shí)，具有特異性的AIE材料表現(xiàn)得極為敏感。它能夠快速檢測(cè)出水體中的有害物質(zhì)，例如重金屬離子。 其原理在于，AIE探針?lè)肿优c金屬離子相遇后會(huì)形成螯合物，此時(shí)螯合物會(huì)閃閃發(fā)光，檢測(cè)人員僅通過(guò)肉眼觀察便能迅速判斷出水體污染源。在刑偵領(lǐng)域，AIE粉末也發(fā)揮著重要作用，可用于犯罪現(xiàn)場(chǎng)的指紋檢測(cè)。相較于傳統(tǒng)用于指紋檢測(cè)的金粉、碳粉，AIE粉末不僅檢測(cè)結(jié)果更為精確，而且對(duì)人體的毒性更小，大大提升了檢測(cè)的安全性與準(zhǔn)確性。 而在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中，醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)IE材料的關(guān)注熱度極高。在醫(yī)學(xué)診斷過(guò)程中，人眼很難識(shí)別腫瘤附近分散的癌細(xì)胞，這給疾病的精準(zhǔn)診斷與治療帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。但借助AIE材料，這一難題有望得到有效解決。通過(guò)向體內(nèi)注入特殊的AIE材料，癌細(xì)胞能夠被清晰地“照亮”，醫(yī)生可以借此更加精準(zhǔn)地甄別癌細(xì)胞，為后續(xù)的醫(yī)療操作提供有力支持，顯著提高診斷的準(zhǔn)確性與治療的有效性 。 有機(jī)磷光材料的突破之旅 一直以來(lái)，有機(jī)磷光材料雖然具備獨(dú)特的光物理性質(zhì)，如大斯托克斯位移、長(zhǎng)發(fā)光壽命等，在光電顯示、防偽識(shí)別及人機(jī)交互等前沿技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，但由于其存在激發(fā)態(tài)壽命短、亮度低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了在實(shí)際場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用。唐本忠院士團(tuán)隊(duì)此次的研究，正是聚焦于這一痛點(diǎn)，從分子官能團(tuán)這一微觀層面入手，開(kāi)展了深入且富有成效的探索 。 在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)用于修飾的羧基、硼酸或氨基基團(tuán)不同，磺酸基團(tuán)（-SO?H）在提升有機(jī)磷光材料性能方面具有關(guān)鍵作用。磺酸基團(tuán)獨(dú)特的三角錐結(jié)構(gòu)和強(qiáng)極性，使其在分子體系中扮演著多重關(guān)鍵角色。 一方面，它能夠有效增強(qiáng)分子的系間竄越效率，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是能夠促進(jìn)三線態(tài)激發(fā)態(tài)的形成，為實(shí)現(xiàn)高效磷光發(fā)射奠定基礎(chǔ)；另一方面，磺酸基團(tuán)還可通過(guò)增強(qiáng)氫鍵作用，顯著抑制非輻射能量耗散，減少能量的無(wú)效損失，從而使材料能夠?qū)⒏嗟哪芰恳园l(fā)光的形式釋放出來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)了前所未有的亮度與壽命雙優(yōu)表現(xiàn)。 以團(tuán)隊(duì)研究中的典型磷光分子BP-SA為例，在常溫環(huán)境下，該分子展現(xiàn)出了超過(guò)20%的磷光量子效率，并且其持續(xù)發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20秒。這樣的性能表現(xiàn)，在同類(lèi)有機(jī)磷光材料中脫穎而出，處于領(lǐng)先地位，充分彰顯了磺酸基團(tuán)修飾策略的有效性與優(yōu)越性 。 高對(duì)比度“光寫(xiě)字”顯示新技術(shù) 在取得材料性能突破的基礎(chǔ)上，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)揮創(chuàng)新思維，將這些新型磷光分子巧妙地?fù)诫s進(jìn)聚乙烯醇（PVA）構(gòu)建的柔性透明薄膜中，成功制備出了性能卓越的發(fā)光介質(zhì)。這種發(fā)光介質(zhì)具有極高的透光率，超過(guò)97%的透光率使得其在保持良好透明性的同時(shí)，能夠高效地實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的記錄與顯示 。 當(dāng)受到紫外光激發(fā)時(shí)，這些薄膜展現(xiàn)出了令人驚嘆的特性——能夠以肉眼清晰可見(jiàn)的方式記錄和保持光的軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)需墨水或電源的“光寫(xiě)字”效果。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該材料體系在圖像顯示方面具備出色的性能。 其圖像銳度極高，對(duì)比度表現(xiàn)優(yōu)異，圖像信噪比達(dá)到了39.2，光跡對(duì)比度更是高達(dá)48.0，而模糊度僅為0.24。這一系列優(yōu)異的參數(shù)表明，該材料體系能夠呈現(xiàn)出清晰、鮮明的圖像與光跡，為信息的準(zhǔn)確記錄與高效傳遞提供了有力保障 。 更為重要的是，得益于磺酸基團(tuán)良好的通用性，研究團(tuán)隊(duì)成功將這一創(chuàng)新策略應(yīng)用于多種不同發(fā)光能級(jí)的分子骨架。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)與合成，實(shí)現(xiàn)了從深藍(lán)到紅色的全色有機(jī)磷光材料的開(kāi)發(fā)。這些不同顏色的材料在保持高透明度的同時(shí)，均展示出良好的發(fā)光性能一致性與可調(diào)節(jié)性。這一成果意義非凡，為多色信息顯示和高安全性防偽標(biāo)識(shí)等領(lǐng)域提供了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)，極大地拓展了有機(jī)磷光材料的應(yīng)用范圍與應(yīng)用場(chǎng)景 。 基于磺酸基磷光材料所取得的突破性性能，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了實(shí)時(shí)光寫(xiě)入顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)展現(xiàn)出了極為廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)以高透明薄膜作為信息承載的載體，搭配紫外光筆作為書(shū)寫(xiě)工具。當(dāng)使用紫外光筆在薄膜上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)操作時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)“落筆成輝”的動(dòng)態(tài)顯示效果。無(wú)論是復(fù)雜的漢字結(jié)構(gòu)，還是精細(xì)的英文連筆，線條邊緣均能保持銳利清晰，呈現(xiàn)出極高的書(shū)寫(xiě)精度。 更為奇妙的是，該系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)書(shū)寫(xiě)過(guò)程中還能夠敏銳地捕捉速度變化：當(dāng)書(shū)寫(xiě)速度較慢時(shí)，線條呈現(xiàn)出飽滿(mǎn)明亮的狀態(tài)；而當(dāng)書(shū)寫(xiě)速度快速劃過(guò)時(shí)，線條則呈現(xiàn)出漸變淡出的效果。這種獨(dú)特的速度感應(yīng)特性，為手勢(shì)交互和動(dòng)態(tài)信息反饋提供了全新的維度，極大地豐富了人機(jī)交互的形式與體驗(yàn) 。 此外，該系統(tǒng)還具備出色的穩(wěn)定性和實(shí)用性，經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，其支持80次以上的重復(fù)擦寫(xiě)操作。這意味著用戶(hù)可以多次使用該系統(tǒng)進(jìn)行信息的記錄、修改與更新，有效降低了使用成本，提高了材料與系統(tǒng)的使用效率，為其在實(shí)際生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用提供了有力支撐 。 此次研究由香港科技大學(xué)、香港大學(xué)及香港中文大學(xué)（深圳）攜手合作完成，研究過(guò)程中得到了香港研究資助局、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等項(xiàng)目的大力支持。香港科技大學(xué)博士生李欣和博士后李文朗在研究中貢獻(xiàn)突出，為該論文的共同第一作者；香港科技大學(xué)唐本忠院士、郭志宏教授、林榮業(yè)教授以及香港大學(xué)David L. Phillips教授作為研究的核心引領(lǐng)者，成為該論文的共同通訊作者 。 這項(xiàng)研究成果具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值，它首次將“分子官能團(tuán)工程”這一創(chuàng)新理念引入到有機(jī)磷光材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，徹底突破了以往僅僅聚焦分子主骨架的傳統(tǒng)研究范式。通過(guò)深入探究官能團(tuán)結(jié)構(gòu)與激發(fā)態(tài)行為以及材料宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立起了一座全新的橋梁，為有機(jī)光功能材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條嶄新的路徑 。 展望未來(lái)，隨著相關(guān)研究的不斷深入與拓展，基于唐本忠院士團(tuán)隊(duì)的這一成果，可穿戴設(shè)備、無(wú)墨電子紙和動(dòng)態(tài)防偽標(biāo)簽等新興應(yīng)用領(lǐng)域有望迎來(lái)蓬勃發(fā)展的新局面，真正開(kāi)啟“光為筆，膜為紙”的智能顯示新時(shí)代，為人們的生活與生產(chǎn)帶來(lái)更多的便利與創(chuàng)新體驗(yàn) 。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_573991.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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