癌细胞无处遁形？AIE材料“点亮”肿瘤，唐本忠中科院团队登顶JACS -山东化工网

癌细胞无处遁形？AIE材料“点亮”肿瘤，唐本忠中科院团队登顶JACS

文章来源：贤集网更新时间：2025-04-29 14:58:34

在材料科学与化学领域，唐本忠院士无疑是一位熠熠生辉的领军人物。身为中国科学院院士、高分子化学家，他同时担任着香港中文大学（深圳）校长学勤讲座教授以及理工学院院长等重要职位。

长期以来，唐本忠院士深耕于高分子化学和先进功能材料研究领域，其在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission，简称AIE）这一前沿领域所取得的原创性成果，尤为引人注目，他也当之无愧地成为AIE概念的提出者和该研究方向的引领者。而近期，唐本忠院士团队再次传来喜讯，在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表了一项重要研究成果，为有机发光材料领域带来了新的变革与突破。

别具一格的AIE材料

AIE，即聚集诱导发光，从概念上理解或许稍显生涩，但其实它描述的是一种极为独特的发光现象。在自然界中，存在着一类特殊的物质——发光材料，这类物质在吸收光之后，自身能够发出淡淡的荧光，并且这种荧光属于冷光，与常见的发热灯管不同，触摸时丝毫不会感觉到热度。在这些发光材料内部，有着一群如同“小精灵”般负责发光的分子。当处于安静状态的分子受到光的照射，会瞬间转变为活泼态，而在从活泼态回归安静态的过程中，荧光便随之产生。

然而，过去科学家们发现，大多数传统发光材料存在一个局限性：它们仅在液体环境中能够发光，一旦转变为固态，发光能力便会大幅减弱，甚至完全消失。但AIE材料却打破了这一常规认知，呈现出相反的特性。当AIE材料处于溶液状态时，其中发光的“小精灵”分子能够自由活动，在此过程中会将吸收的能量消耗殆尽，无法为发光提供足够能量；可一旦这些材料转变为固态，分子们紧密地挤在一起，活动空间受到极大限制，此时便只能通过发光来消耗能量，从而展现出独特的发光性能。

AIE材料所具备的这种特殊性质，使其拥有了众多令人瞩目的特殊技能。在环境监测领域，当需要测定水体污染物类别时，具有特异性的AIE材料表现得极为敏感。它能够快速检测出水体中的有害物质，例如重金属离子。

其原理在于，AIE探针分子与金属离子相遇后会形成螯合物，此时螯合物会闪闪发光，检测人员仅通过肉眼观察便能迅速判断出水体污染源。在刑侦领域，AIE粉末也发挥着重要作用，可用于犯罪现场的指纹检测。相较于传统用于指纹检测的金粉、碳粉，AIE粉末不仅检测结果更为精确，而且对人体的毒性更小，大大提升了检测的安全性与准确性。

而在众多应用场景中，医疗健康领域对AIE材料的关注热度极高。在医学诊断过程中，人眼很难识别肿瘤附近分散的癌细胞，这给疾病的精准诊断与治疗带来了极大挑战。但借助AIE材料，这一难题有望得到有效解决。通过向体内注入特殊的AIE材料，癌细胞能够被清晰地“照亮”，医生可以借此更加精准地甄别癌细胞，为后续的医疗操作提供有力支持，显著提高诊断的准确性与治疗的有效性。

有机磷光材料的突破之旅

一直以来，有机磷光材料虽然具备独特的光物理性质，如大斯托克斯位移、长发光寿命等，在光电显示、防伪识别及人机交互等前沿技术领域展现出了巨大的应用潜力，但由于其存在激发态寿命短、亮度低等问题，严重制约了在实际场景中的广泛应用。唐本忠院士团队此次的研究，正是聚焦于这一痛点，从分子官能团这一微观层面入手，开展了深入且富有成效的探索。

在研究过程中，团队发现，与传统用于修饰的羧基、硼酸或氨基基团不同，磺酸基团（-SO₃H）在提升有机磷光材料性能方面具有关键作用。磺酸基团独特的三角锥结构和强极性，使其在分子体系中扮演着多重关键角色。

一方面，它能够有效增强分子的系间窜越效率，简单来说，就是能够促进三线态激发态的形成，为实现高效磷光发射奠定基础；另一方面，磺酸基团还可通过增强氢键作用，显著抑制非辐射能量耗散，减少能量的无效损失，从而使材料能够将更多的能量以发光的形式释放出来，最终实现了前所未有的亮度与寿命双优表现。

以团队研究中的典型磷光分子BP-SA为例，在常温环境下，该分子展现出了超过20%的磷光量子效率，并且其持续发光时间长达20秒。这样的性能表现，在同类有机磷光材料中脱颖而出，处于领先地位，充分彰显了磺酸基团修饰策略的有效性与优越性。

高对比度“光写字”显示新技术

在取得材料性能突破的基础上，唐本忠院士团队进一步发挥创新思维，将这些新型磷光分子巧妙地掺杂进聚乙烯醇（PVA）构建的柔性透明薄膜中，成功制备出了性能卓越的发光介质。这种发光介质具有极高的透光率，超过97%的透光率使得其在保持良好透明性的同时，能够高效地实现光信号的记录与显示。

当受到紫外光激发时，这些薄膜展现出了令人惊叹的特性——能够以肉眼清晰可见的方式记录和保持光的轨迹，从而实现了无需墨水或电源的“光写字”效果。通过严谨的实验验证，该材料体系在图像显示方面具备出色的性能。

其图像锐度极高，对比度表现优异，图像信噪比达到了39.2，光迹对比度更是高达48.0，而模糊度仅为0.24。这一系列优异的参数表明，该材料体系能够呈现出清晰、鲜明的图像与光迹，为信息的准确记录与高效传递提供了有力保障。

更为重要的是，得益于磺酸基团良好的通用性，研究团队成功将这一创新策略应用于多种不同发光能级的分子骨架。通过巧妙的设计与合成，实现了从深蓝到红色的全色有机磷光材料的开发。这些不同颜色的材料在保持高透明度的同时，均展示出良好的发光性能一致性与可调节性。这一成果意义非凡，为多色信息显示和高安全性防伪标识等领域提供了坚实的材料基础，极大地拓展了有机磷光材料的应用范围与应用场景。

基于磺酸基磷光材料所取得的突破性性能，唐本忠院士团队进一步开发出了实时光写入显示系统，该系统展现出了极为广阔的应用前景。系统以高透明薄膜作为信息承载的载体，搭配紫外光笔作为书写工具。当使用紫外光笔在薄膜上进行书写操作时，能够实现“落笔成辉”的动态显示效果。无论是复杂的汉字结构，还是精细的英文连笔，线条边缘均能保持锐利清晰，呈现出极高的书写精度。

更为奇妙的是，该系统在动态书写过程中还能够敏锐地捕捉速度变化：当书写速度较慢时，线条呈现出饱满明亮的状态；而当书写速度快速划过时，线条则呈现出渐变淡出的效果。这种独特的速度感应特性，为手势交互和动态信息反馈提供了全新的维度，极大地丰富了人机交互的形式与体验。

此外，该系统还具备出色的稳定性和实用性，经过测试验证，其支持80次以上的重复擦写操作。这意味着用户可以多次使用该系统进行信息的记录、修改与更新，有效降低了使用成本，提高了材料与系统的使用效率，为其在实际生产生活中的广泛应用提供了有力支撑。

此次研究由香港科技大学、香港大学及香港中文大学（深圳）携手合作完成，研究过程中得到了香港研究资助局、深圳市科技创新委员会等项目的大力支持。香港科技大学博士生李欣和博士后李文朗在研究中贡献突出，为该论文的共同第一作者；香港科技大学唐本忠院士、郭志宏教授、林荣业教授以及香港大学David L. Phillips教授作为研究的核心引领者，成为该论文的共同通讯作者。

这项研究成果具有重要的科学意义与应用价值，它首次将“分子官能团工程”这一创新理念引入到有机磷光材料设计领域，彻底突破了以往仅仅聚焦分子主骨架的传统研究范式。通过深入探究官能团结构与激发态行为以及材料宏观性能之间的内在联系，建立起了一座全新的桥梁，为有机光功能材料的设计与开发开辟了一条崭新的路径。

展望未来，随着相关研究的不断深入与拓展，基于唐本忠院士团队的这一成果，可穿戴设备、无墨电子纸和动态防伪标签等新兴应用领域有望迎来蓬勃发展的新局面，真正开启“光为笔，膜为纸”的智能显示新时代，为人们的生活与生产带来更多的便利与创新体验。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_573991.html
来源：贤集网
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。