记者 李靖恒 “人类的文明发展实际上与材料是有关系的。古时候,我们都是以材料来命名这个时代,比如最早是石器时代,后来是铜器时代、铁器时代,都是材料。实际上一个材料可以改变整个世界。”5月27日,中国科学院院士、香港中文大学(深圳)理工学院院长唐本忠在深圳创新发展发表演讲时表示。
唐本忠演讲的主题是“聚集诱导发光:一个崭新的科学概念及其蕴藏的巨大商机”。
在演讲中,唐本忠介绍了其团队正在研发的聚集诱导发光(AIE)技术,该项技术可以用于有机发光材料。一般日常生活中所使用的的LED灯属于无机发光材料,其优点是寿命长,但是加工起来比较耗能。而相比无机发光材料,有机发光材料的特点是更容易加工。
然而,在有机发光材料领域,有一个问题以前一直困扰着科研人员。有机的发光材料通常在固态或水的介质中使用。然而,在固态中有机分子聚在一块以后对它们的发光过程是会有负面影响的。有机发光材料也是不喜欢水的,典型的例子是油不溶于水。
“比如,要看身体里有没有癌细胞,往身体里面一打不发光了,什么信号都收不到。这个是聚集导致发光猝灭效应(ACQ)。这个效应很麻烦,科学家一直想解决它,但是很困难。”唐本忠表示。
然而,一次偶然的发现让唐本忠团队发现了一个与ACQ恰好相反的过程。他们发现了一个有机分子,这种分子本来完全不发光,加水聚集起来以后反而越来越亮了,这种过程就被称为AIE。
AIE的原理比较复杂,唐本忠用相对简单的例子解释这个过程。发光的过程实际上是电能变成光能,比如说手机屏幕和电灯泡发光。但在这个过程中,一部分电能还会转化成热能,这也是为什么手机屏幕和电灯泡在发光的同时也会发热。而热能实质上是来源于分子的动能,如果通过设计分子的结构,来限制分子的热能耗散,这样更多的能量就只能以发光的形式耗散。
唐本忠表示,AIE的应用范围非常广泛,其中一个是高效率的光电转化材料和器件。现在的液晶显示屏本身是不发光的,要依靠背景光才能看到。而背景光非常耗能,这也是为为什么手提电脑总是要充电。而AIE技术制成的发光材料本身就可以发光,这种材料做成的手机可以像纸一样折叠。
另外一个重要的应用领域是生物成像。人身体里细胞层面的东西是看不见摸不着的,通过有机发光材料可以检查细胞是否健康、追踪癌细胞、检查血管是否堵塞等。唐本忠介绍,生物成像检测的优点是非常灵敏。现在很多的检测手段很昂贵,比如说核磁共振,但其实核磁共振并不灵敏。
事实上,唐本忠认为,AIE可以说是新材料赛场上的“全能运动员”。其应用广泛,包括血管成像、细胞器影像、细胞追踪、液晶显示、智能材料、发光二极管、指纹检测、爆炸物探测、有机光波导、细菌甄别、食品质量监测、化学传感器等。
不过唐本忠也表示,虽然AIE具有很好的技术前景,但是产业化还面临着很多困难。比如唐本忠一直想做相关的手机产品,但目前基本没有厂家愿意尝试,因为高昂的投资成本和风险。
“现在中国已经有很多很好的公司了,但是像美国、欧洲那种砸巨大的钱做研发的公司还不多。有些老板你跟他谈,他说唐院士第二天可不可以变成产品?这个显而易见是不太可能的。”唐本忠说。
唐本忠最感兴趣的是AIE在健康领域的应用,但是健康这一块算是最难的。要想实现AIE在人体健康的应用,需要至少十年、几百万的病例、巨大的团队才能做这件事情。因为如果要进入人的身体,国家的规管是非常严的。
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