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  • 科技周刊 | 荧光探秘:从防伪标签到肿瘤显影 AIE材料变身“多面手”

       2026-04-21 网络整理佚名500
    核心提示:日前,2024年广东省科学技术奖颁布,中国科学院院士、香港中文大学(深圳)教授、广州市荣誉市民唐本忠荣获突出贡献奖。作为我国著名的化学家和材料学家

    AIE“家族”开枝散叶

    应用场景日趋广阔

    自发现AIE材料20多年来,已有来自76个国家和地区的2200余个科研机构对这一新材料开展研究,这也让AIE材料体系越来越丰富,应用场景越来越广阔。如今,AIE材料“家族”已经发展出HPS(六苯基噻咯类)、TPE(四苯乙烯类)、TPP(四苯基吡嗪类)、DSA(二苯乙烯基蒽类)等“家族成员”,它们除了能发出不同波长的光,还有各种特性:有的成膜性好、适合大面积OLED和化学传感薄膜的生产;有的适合做近红外成像与光热治疗;有的广泛用于“裸眼”化学传感器……

    荧光探针识别机理

    AIE材料应用场景日趋广阔,

    凭借当初对AIE材料的原创性发现,唐本忠荣获2017年国家自然科学奖一等奖。而AIE材料也开始从科学发现向成果转化迭代,2020年,AIE被国际权威学术组织国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)评为化学领域的十大新兴技术。

    唐本忠用自己的手机举例:“我们的手机显示屏用的是OLED有机发光二极管,但现有材料做成薄膜后,聚集发光能力会减弱。如果使用AIE材料做成OLED则不一样,这种材料会越聚越亮,因此OLED是AIE材料最有前途的应用之一。”

    2024年,作为有机光电功能材料领域,特别是聚集诱导发光(AIE)研究的引领者,唐本忠担任京东方公司的战略科技顾问。他将在新型显示材料、光电器件等方面为京东方提供战略咨询和技术指导。

    成果转化在广州:

    测病毒、探肿瘤、做防伪……

    唐本忠与广州有解不开的情缘。他是1978年恢复高考后考入华南理工大学的“老三届”毕业生,毕业后出国深造,再回到香港任教,与广州保持着深厚的情谊,并与母校有良好的产学研合作。2015年,唐本忠荣获“广州市荣誉市民”称号。2020年5月,广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院(以下简称AIE研究院)在黄埔区成立。唐本忠担任研究院院长,助力AIE前沿材料在广州的落地转化。

    王志明表示,AIE研究院成立5年来,始终坚持自主研发创新技术,已获得50余项国家发明专利。AIE材料作为一种前沿新材料,仍处在市场培育与拓展阶段,目前,研究院已与中国人民解放军南部战区总医院、广州金域医学检验中心有限公司等全国上百家医院、企业、科研机构达成合作,建立了联合实验室和应用示范基地。

    AIE研究院常务副院长、华南理工大学研究员王志明告诉记者,目前,AIE研究院已用AIE材料开发出各类产品,主要可分为功能微球、功能材料、公共安全、科研耗材、体外诊断等多个方向。

    荧光探针识别机理

    AIE材料体系越来越丰富。

    功能微球应用

    大家熟知的检测试剂盒,采用的显示技术叫作胶体金法,但其灵敏度不够高,标志物的载量要达到一定水平才能被检测到。团队将AIE荧光微球技术引入试剂盒中,微球表面修饰有丰富的功能基团,使其能够高效地与目标蛋白偶联,特别适用于超敏荧光免疫层析。“我们以AIE荧光微球技术为依托开发了很多检测试剂盒,可检测基孔肯雅热、寨卡、登革热等病毒以及各类毒品。AIE荧光检测试剂盒的优势是即时检测,仅需要几分钟即可完成检测。它抗干扰能力强,可进行定量检测,检测的灵敏度也比胶体金法的灵敏度高2—3个数量级。”

    科研耗材应用

    团队开发了多款AIE荧光探针。具有聚集诱导发光(AIE)效应的细胞器成像荧光探针,能够在溶液及细胞环境中保持微弱的荧光信号。一旦进入细胞并与目标结构结合时,其荧光信号就会大幅度增强,由此可广泛应用于疾病研究、药物筛选相关实验。例如在癌症治疗中,当AIE荧光探针注入体内,肿瘤细胞就可以被“点亮”,引导医生或手术机器人进行更完整的肿瘤手术切除。在血栓治疗中,AIE材料也可用于血栓位置的精准定位。

    功能材料应用

    研究院研发出AIE荧光防伪油墨、AIE荧光纤维、锂电池隔膜聚合物微球黏结剂、光学树脂、贵金属富集材料等产品。王志明介绍,在防伪油墨方面,研究院正与青岛一家酒企合作开展防伪标志的研发,AIE荧光防伪油墨由树脂与AIE分子经特殊工艺制成。在日光下,印品呈无色或浅色,在365nm紫外光照射下则呈现强烈的荧光色,可用于各种商品防伪。AIE荧光纤维在自然光下呈现白色或彩色,经365nm紫外光激发后可发出强烈的荧光色彩,具有荧光亮度高、耐水洗性能好,适用纤维材料广等优点,可应用于织物服装、证券票据等领域的防伪。

    荧光探针识别机理

    AIE荧光纤维在自然光下呈现白色或彩色,365nm紫外光激发后可发出强烈的荧光色彩。

    公共安全应用

    AIE材料还非常适用于刑侦。团队开发出AIE磁性指纹粉末,适合刷显全部非渗透性客体及部分半渗透性客体上的指纹,可替代市场各种颜色荧光磁性粉末,荧光亮度高、分辨率高,不受背景干扰、不破坏DNA、无毒害。团队开发的AIE指纹喷显悬浮液则可用于潮湿或浸水环境下的指纹套取,非渗透性客体和部分半渗透性客体均适用,同样拥有背景干扰小、呈现亮度高、吸附性强等优势。在刑侦现场,很多隐藏的血迹可能是破案关键,团队开发的AIE潜血显现试剂,适用于现场新鲜的或较陈旧的、稀释过或未稀释过的血液痕迹呈现,具有微量血迹即可显色,显现颜色持久不变、不破坏DNA等重要优势。

    此外,AIE还可以检测毒品、爆炸物。目前,研究院可检测吗啡、冰毒、摇头丸、麻古、芬太尼等十余种常见毒品;可检测三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、黑火药(BP)、硝基苯(NB)、硝基甲苯(MNT)、苦味酸(PicricAcid)、黑索金(RDX)、特屈儿(TETRYL)等爆炸物。

    食品安全应用

    食品安全是公共安全的重要一环。研究院开发出台式及手持式食品安全荧光定量检测仪、食品安全前处理一体机等产品,可对食品中的农药残留、真菌毒素、兽药残留、非法添加等物质进行高灵敏度的检测。

    科学家谈创新

    中国科学院院士唐本忠:做科研要有批判性思维

    从实验室里的“灵光一闪”,到AIE材料的“名满天下”,唐本忠感触良多。

    他告诉记者,科学发展到今天,有很多成熟的理论、模型、框架,这些最精华的东西,几乎都被写入教科书里。它们似乎都经过了千锤百炼,回应了无数质疑。但很多科学始终是相对真理,而非绝对真理。

    唐本忠举例说:“在量子力学之前,牛顿力学在经典物理世界几乎‘打遍天下无敌手’,但当牛顿力学来到‘微观世界’就不行了。如果你觉得牛顿力学永远不会错的话,你就不会有任何创新。”唐本忠表示,做科研一定要秉持批判性思维,不盲目否定自己,才能有独到的成就。

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