本文系由深圳創(chuàng)新發(fā)展研究院、博研教育、深圳企聯(lián)等共同主辦的科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳第九期內(nèi)容，本期活動(dòng)還有深圳市新材料行業(yè)協(xié)會(huì)、深圳市微波通信技術(shù)應(yīng)用行業(yè)協(xié)會(huì)等共同參與主辦。5月27日上午，中國(guó)科學(xué)院院士、香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長(zhǎng)唐本忠圍繞“聚集誘導(dǎo)發(fā)光：一個(gè)嶄新的科學(xué)概念及其蘊(yùn)藏的巨大商機(jī)”發(fā)表演講。

以下內(nèi)容根據(jù)唐本忠院士演講記錄整理，經(jīng)講者審訂。

中國(guó)科學(xué)院院士、香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長(zhǎng)唐本忠

今天我向大家講的這個(gè)主題跟納米材料有關(guān)，聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation—Induced Emission，AIE）。 

一、什么是聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）

光是非常重要的，光的研究開(kāi)啟了眾多基礎(chǔ)科學(xué)分支，催生了很多對(duì)人們生活產(chǎn)生巨大影響的基礎(chǔ)性創(chuàng)新。

2015年是愛(ài)因斯坦相對(duì)論發(fā)表的一百周年，因此被稱為“國(guó)際光年”。當(dāng)年，《Nature》雜志發(fā)表的一個(gè)社論指出，很多生活技術(shù)的革新都來(lái)源于關(guān)于光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)研究與發(fā)現(xiàn)。

隨著光的技術(shù)發(fā)展，光源的形式越來(lái)越多樣，從遠(yuǎn)古至今人類一直在利用太陽(yáng)自然光，到后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)燒火可以產(chǎn)生光，再到現(xiàn)代隨處可見(jiàn)的人造光。人造燈也在步步迭代，從發(fā)熱發(fā)燙的白熾燈到如今的節(jié)能冷光源LED等等。

近代一系列光學(xué)材料和技術(shù)的重大突破改變了世界的面貌，2008年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和改造，這項(xiàng)技術(shù)能點(diǎn)亮生物體內(nèi)肉眼不可見(jiàn)的微觀世界。2014年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了超分辨熒光顯微技術(shù)的研發(fā)，這一技術(shù)讓人們可以觀察到納米級(jí)的光信號(hào)。同一年，諾貝爾物理獎(jiǎng)?lì)C給了藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)明，這一發(fā)明使得人類湊齊了能發(fā)出三原色光的發(fā)光二極管，提高了人類的照明效率。

從基礎(chǔ)科學(xué)的角度來(lái)講，這些人造的發(fā)光材料涉及光物理的研究，包括光電的相互作用、能量的轉(zhuǎn)換等等。比如手機(jī)顯示屏就是電跟光的結(jié)合，把手機(jī)電池的電轉(zhuǎn)化成光顯示出來(lái)，這個(gè)就是能量轉(zhuǎn)換。大家或許都聽(tīng)說(shuō)過(guò)柔性屏手機(jī)，也就是基于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的手機(jī)，未來(lái)手機(jī)可以做到像紙一樣隨意折疊，不僅是小小的手機(jī)屏幕，未來(lái)的柔性屏還可以像墻紙一樣大面積貼在墻壁上。OLED技術(shù)很多年前就已經(jīng)有了，但是因?yàn)閮r(jià)格和產(chǎn)品壽命等方面的限制，并沒(méi)有被非常成熟地市場(chǎng)化。可見(jiàn)好的技術(shù)要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品很不容易，從技術(shù)到產(chǎn)品是一大難關(guān)。

再舉另外一個(gè)例子，我們身體里面有很多物質(zhì)是肉眼看不見(jiàn)的，如果這些看不見(jiàn)的東西能夠被點(diǎn)亮的話，我們就可以借助熒光顯微鏡來(lái)觀察微觀世界，幫助人們理解生物的結(jié)構(gòu)，探索生命體內(nèi)的各種過(guò)程。如果身體里面的癌細(xì)胞可以發(fā)光的話，醫(yī)生就能發(fā)現(xiàn)和追蹤癌細(xì)胞，準(zhǔn)確地切除癌組織。

從光電屏幕和生物成像兩個(gè)例子可見(jiàn)，發(fā)光材料是很有用的，但是任何領(lǐng)域都會(huì)有它的問(wèn)題，并且往往越成熟的領(lǐng)域要想進(jìn)一步發(fā)展就越難。科學(xué)研究最初的成果都是低垂的果實(shí)，柿子也要捏軟的，但是難的是去摘高處的果實(shí)，去探索硬核的部分。下面我要講的就是比較“硬”的問(wèn)題。我們現(xiàn)在街上看到的霓虹燈是LED也叫做發(fā)光二極管，采用的是無(wú)機(jī)的發(fā)光材料，無(wú)機(jī)的材料最大的好處是壽命很長(zhǎng)，最大的毛病是非常難加工。大家聽(tīng)到“無(wú)機(jī)”可能不知道是什么，玻璃就是最有名的無(wú)機(jī)材料，玻璃的加工以前要一千度以上，現(xiàn)在有些七八百度就可以了，要加熱到這個(gè)溫度需要多少能量？其次，無(wú)機(jī)的發(fā)光材料很脆、容易碎；再者，無(wú)機(jī)發(fā)光材料是點(diǎn)陣的，一點(diǎn)一點(diǎn)的很難做成大的屏幕。

有機(jī)的材料跟無(wú)機(jī)材料恰好相反，衣服、塑料瓶子都是有機(jī)材料，有機(jī)材料非常容易加工，塑料一百度左右就可以加工了，而且不容易碎。不像無(wú)機(jī)材料的點(diǎn)發(fā)光，有機(jī)材料可以做片發(fā)光。因此有機(jī)材料做的發(fā)光材料有很多優(yōu)點(diǎn)。

這些有機(jī)材料要么在固態(tài)使用，要么要在水的介質(zhì)里使用。大家想想把油滴到水里是什么樣的狀態(tài)，油是疏水的，這些疏水的共軛分子在固態(tài)時(shí)容易疊在一起，在水里會(huì)聚集在一起，但是這些分子聚在一塊以后對(duì)它的發(fā)光過(guò)程會(huì)有負(fù)面影響。比如這個(gè)分子如果溶在不加水的有機(jī)溶劑里時(shí)，這個(gè)溶液在激發(fā)下可以發(fā)光，但隨著水的加入，分子開(kāi)始聚集，發(fā)光逐漸減弱，直至徹底消失。這個(gè)很麻煩，比方你想要看身體里面有沒(méi)有癌細(xì)胞，把發(fā)光材料往身體里一打，材料一聚集，馬上就不發(fā)光了，什么信號(hào)都拿不到。這個(gè)現(xiàn)象是聚集導(dǎo)致發(fā)光猝滅效應(yīng)簡(jiǎn)稱ACQ（aggregation-caused quenching）?？茖W(xué)家一直想避免這個(gè)效應(yīng)，但很困難，因?yàn)楣虘B(tài)的分子聚集是一個(gè)自然的過(guò)程，加了水后材料聚集也是一個(gè)自然的過(guò)程，要跟自然對(duì)著干是很難成功的。

在20多年前我們偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)跟上述ACQ現(xiàn)象恰好相反的過(guò)程，這個(gè)分子在水含量0%的時(shí)候完全不發(fā)光，隨著水的加入，分子開(kāi)始聚集，水含量達(dá)到80%比較亮了，到90%更亮了。這個(gè)就很好了，這時(shí)候你往身體一打癌細(xì)胞都發(fā)光了，就可以看得清清楚楚了。這個(gè)就是聚集誘導(dǎo)發(fā)光AIE。

AIE的機(jī)理其實(shí)很簡(jiǎn)單，舉個(gè)例子，如圖1，一般的分子是在基態(tài)能量最低的地方，你給它能量以后，就像手機(jī)的屏幕開(kāi)關(guān)一打開(kāi)，電的能量就把它變成激發(fā)態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下不穩(wěn)定會(huì)回到基態(tài)，我們把圖片上的水流想象成光，它從水閘的地方回去，就是輻射躍遷。如果從水車這個(gè)地方回去，就變成了水車的機(jī)械能，就是非輻射躍遷。

圖1  AIE分子的工作機(jī)理

一個(gè)激發(fā)態(tài)分子發(fā)生非輻射躍遷，就會(huì)耗散能量不發(fā)光了。單個(gè)分子可以自由地運(yùn)動(dòng)把能量耗散掉，一旦聚集以后分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到限制了，動(dòng)不了了，能量不會(huì)轉(zhuǎn)變成熱能耗散，就會(huì)以光的形式發(fā)射出來(lái)。知道這樣的原理，我們就可以設(shè)計(jì)各式各樣的分子，把分子結(jié)構(gòu)稍微改變一下，顏色可以從藍(lán)光到紅光到近紅外光，覆蓋各個(gè)波段。

大家可以現(xiàn)在想象，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里面研究的是分子，但現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的都是分子的聚集體，顯而易見(jiàn)聚集時(shí)有效果才好，AIE分子可以保證聚集態(tài)時(shí)可以發(fā)光，所以是非常有用的。例如改變溫度、壓力、酸堿度等環(huán)境因素，發(fā)光的顏色和亮度也會(huì)隨之發(fā)生變化，因此AIE分子可以用來(lái)做智能材料，可以檢測(cè)爆炸物、指紋、細(xì)菌、污染物等等，只要能設(shè)計(jì)出合適的AIE分子，基本上任何東西都可以檢測(cè)，設(shè)計(jì)的思路很簡(jiǎn)單，需要檢測(cè)的東西跟AIE分子一結(jié)合，分子卡住不好動(dòng)了，就點(diǎn)亮發(fā)光了。此外還可以做生物成像，比如癌細(xì)胞的追蹤、細(xì)胞和組織的影像，疾病標(biāo)志物的識(shí)別等等。所以，AIE分子可以做很多的事情，應(yīng)用特別廣泛。 

二、AIE是中國(guó)人領(lǐng)跑的一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域

接下我來(lái)講講AIE的發(fā)展及科學(xué)貢獻(xiàn)，2017年我拿了國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)和何梁何利的科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)，因?yàn)锳IE是我們中國(guó)人開(kāi)創(chuàng)并引領(lǐng)的一個(gè)全新的科學(xué)領(lǐng)域，這是我覺(jué)得很驕傲的一件事情。改革開(kāi)放這40年來(lái)，中國(guó)的科學(xué)有很多領(lǐng)域已經(jīng)是“并跑”而不是“跟跑”了?，F(xiàn)在我們不但“并跑”，我們更要“領(lǐng)跑”。AIE就是中國(guó)人領(lǐng)跑的一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域?，F(xiàn)在全世界很多人在做這個(gè)AIE研究，去年一年有7000多篇相關(guān)文章發(fā)表，平均一天就有20篇文章在全世界發(fā)表。 

三、AIE的應(yīng)用及潛在商機(jī)

下面我要講的是AIE的應(yīng)用及潛在的商機(jī)，AIE的應(yīng)用現(xiàn)在基本上把它分成三大類：

第一類：高效率光電轉(zhuǎn)化材料和器件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

中國(guó)是缺乏能源的，第一要想辦法開(kāi)源，第二要想辦法節(jié)流，因此中國(guó)對(duì)高效率的光電轉(zhuǎn)化材料有非常大的需求。

下面給大家舉些例子：

OLED領(lǐng)域

現(xiàn)在手機(jī)上的很多材料基本上是依賴進(jìn)口的，我們沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的話，別人一“卡脖子”就麻煩，以前的芯片可以買到，現(xiàn)在有些不賣給我們了，短期我們會(huì)非常痛苦，但長(zhǎng)期很難說(shuō)。一旦我們把芯片造出來(lái)以后就不需要再去依賴別人。這是為什么現(xiàn)在中央強(qiáng)調(diào)我們要“國(guó)產(chǎn)替代”。希望以后的手機(jī)可以像一張紙一樣隨意折疊，這是完全可以利用AIE材料做到的，而且AIE材料的各種知識(shí)產(chǎn)權(quán)都在中國(guó)人手上?，F(xiàn)在我們想把中國(guó)原創(chuàng)的東西變成高效的固態(tài)發(fā)光材料，利用特殊發(fā)光機(jī)制去占領(lǐng)市場(chǎng)。非摻雜性AIDF-OLED材料我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室已經(jīng)做得非常好了，以前熒光的材料效率做到5%我們就非常開(kāi)心了，現(xiàn)在我們可以做到40%，效率非常高。雖然AIE材料與技術(shù)我們是領(lǐng)先的，但也存在很大困難，我一直想把AIE材料應(yīng)用到手機(jī)上，企業(yè)家都知道，實(shí)驗(yàn)室很小規(guī)模地做到工廠大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化是非常燒錢(qián)的?，F(xiàn)在我希望中國(guó)多出幾個(gè)任正非，愿意在這方面投入。 

圓偏振光發(fā)射

AIE材料還可以用在圓偏振光發(fā)射領(lǐng)域，平常的光是360度的完整光，我們看3D電影時(shí)透過(guò)眼鏡的是偏振光，偏振光可以用來(lái)做很多看起來(lái)很科幻的事情，比如可以做3D顯示，或許未來(lái)的一天，我們用手機(jī)和朋友通話時(shí)，對(duì)方可以從屏幕里跳出來(lái)像全息影像一樣跟你對(duì)話，目前的技術(shù)階段這樣的效果肯定達(dá)不到，發(fā)展路途還很遙遠(yuǎn)，但AIE材料在這一領(lǐng)域的探索一直走在前沿。

點(diǎn)膠劑，單分子白光

最后一個(gè)例子是點(diǎn)膠劑和單分子白光。圖2中的這些器件使用的是無(wú)機(jī)材料，一個(gè)一個(gè)點(diǎn)拼接成屏幕，這叫點(diǎn)光源，有機(jī)材料可以做成一大片的面光源。這些無(wú)機(jī)LED材料發(fā)展得非常成熟，但是它的發(fā)光波長(zhǎng)是固定的，個(gè)性化定制困難，還有一些工藝上的問(wèn)題。但我們可以在上面鋪一些有機(jī)的東西，就像在上面涂一層油漆一樣，下面一照，上面可以變成不同的顏色。

圖2 光電功能轉(zhuǎn)化材料及器件的應(yīng)用場(chǎng)景及行業(yè)痛點(diǎn)

我有一個(gè)學(xué)生是做紡織的，穿在身上的衣服可以發(fā)光。日本現(xiàn)在有很多公司在衣服上做學(xué)問(wèn)，大家千萬(wàn)別小看衣服，比方智能型的發(fā)光衣服，如果有細(xì)菌或病毒它就會(huì)發(fā)光，你的汗液里面有很多東西可以檢測(cè)，比如糖分多少，血糖是不是高。我們這些材料完全可以做成智能衣服的，因?yàn)檫@些信號(hào)可以通過(guò)光的形式反映出來(lái)。

第二類：高靈敏度智能傳感材料

金屬離子類

AIE可以做傳感器來(lái)檢測(cè)各種離子，我們的身體里面有很多不可或缺的離子，比如鉀，鉀有很多的功能，缺鉀是不行的，多了也不行。

 圖3 AIE作為傳感器檢測(cè)各種金屬離子

怎么檢測(cè)呢？我們需要設(shè)計(jì)一種鉀離子熒光點(diǎn)亮型探針（如圖3），讓這個(gè)探針只要一見(jiàn)到鉀離子就與鉀離子耦合在一塊，就像我的手亂動(dòng)時(shí)突然有一個(gè)東西把我的手綁住了一樣。前面我們講過(guò)，分子只要不好動(dòng)就會(huì)亮。如果換一種離子，比如要檢測(cè)鋅離子，那么把化學(xué)結(jié)構(gòu)換一下讓它一見(jiàn)到鋅就耦合在一塊，這就叫特異性檢測(cè)。例如，礦泉水要達(dá)到可飲用的指標(biāo)需要做很多檢測(cè)，要是水里含有有毒的離子例如鉛離子，喝進(jìn)去就很麻煩。銀離子也是一樣的道理，納米銀常常用于鍵盤(pán)膜等物體表面殺菌。但是這些東西隨便扔掉后，會(huì)導(dǎo)致銀離子跑到河里面去了，魚(yú)吃進(jìn)去了，人再吃魚(yú)，重金屬就在食物鏈里富集，最終傷害人體健康，因此環(huán)境的重金屬污染是很需要檢測(cè)的。

 圖4  AIE作為傳感器檢測(cè)各種金屬離子

我原來(lái)在香港科技大學(xué)有一個(gè)朋友是搞海產(chǎn)毒性分析的，以前需要非常復(fù)雜的技術(shù)來(lái)做分析，包括色譜等等復(fù)雜的技術(shù)，我說(shuō)不需要那么復(fù)雜，用AIE材料就很方便，一碰到目標(biāo)金屬離子就亮了。

檢測(cè)食品新鮮度

AIE材料還可以檢測(cè)食品是否新鮮，日本人喜歡吃生魚(yú)片，生魚(yú)片是否新鮮需要靠鼻子去聞，但事實(shí)上，鼻子還沒(méi)有聞出來(lái)之前可能已經(jīng)不新鮮了。

圖5 AIE材料檢測(cè)食品新鮮度

食品一旦不新鮮會(huì)產(chǎn)生胺，有一些AIE探針一見(jiàn)到胺就會(huì)亮，這是用生魚(yú)片做的實(shí)驗(yàn)如圖5，其中有一塊壞了的生魚(yú)片，但是眼睛看不出來(lái)有太大的差別，但用AIE試紙一測(cè)就發(fā)現(xiàn)它產(chǎn)生了胺。有時(shí)候我跟我的學(xué)生開(kāi)玩笑，我說(shuō)如果把測(cè)食物腐敗的AIE材料做成一個(gè)小試紙條，中國(guó)的大媽每天買菜都帶著試紙條的話，這個(gè)市場(chǎng)一定巨大無(wú)比。但是做老師只能有這種期待，變成產(chǎn)品還是需要靠企業(yè)家。

測(cè)試有毒揮發(fā)氣體

AIE材料還可以檢測(cè)有毒氣體，比如一氧化碳、甲醛等等，現(xiàn)在人們買了新房子，家具、油漆含甲醛，我們的傳感材料就可以檢測(cè)甲醛，一有甲醛就亮，甲醛的濃度越高越亮。

工廠里面也有毒氣，比如有機(jī)磷和有機(jī)氯，光氣就是一種有機(jī)氯。有一個(gè)塑料叫做聚碳酸酯（PC），我相信現(xiàn)在很多人的眼鏡應(yīng)該都是塑料片的，就是用光氣做的。光氣一泄漏就很麻煩，我們的傳感材料碰到一點(diǎn)點(diǎn)光氣就會(huì)亮，能夠很好地檢測(cè)光氣是否泄漏。

測(cè)試常見(jiàn)氣體類

我們國(guó)家現(xiàn)在講“雙碳”，環(huán)境中具體有多少二氧化碳？AIE傳感材料可以檢測(cè)二氧化碳。利用檢測(cè)二氧化碳的能力，AIE傳感材料還可以用于預(yù)測(cè)火山爆發(fā)，火山爆發(fā)前，地下的熔巖活動(dòng)會(huì)讓很多石頭熔化，里面的碳酸鈣釋放很多一氧化碳和二氧化碳，就像煤礦工人到地下挖煤的時(shí)候如果通風(fēng)不好就會(huì)中毒?；鹕奖l(fā)幾千度的熔漿會(huì)熔化多少石頭，如果放到火山口檢測(cè)二氧化碳的濃度，就可以預(yù)知火山爆發(fā)的程度。

高靈敏度的AIE智能傳感材料可以用來(lái)檢測(cè)空氣中微量的水，濕度的檢測(cè)太重要了，微電子器件是絕對(duì)不能有水的，所以電子封裝非常重要，一定不能讓水進(jìn)去。

圖6 AIE材料檢測(cè)空氣濕度

如圖6，這種AIE材料在相對(duì)濕度是10%的時(shí)候發(fā)藍(lán)色的光，相對(duì)濕度是60%時(shí)發(fā)綠色的光，再高變成黃色的光了。電子封裝時(shí)對(duì)濕度的檢測(cè)非常復(fù)雜，借助熒光檢測(cè)可以讓濕度信號(hào)肉眼可見(jiàn)。

刺激響應(yīng)

AIE材料可以對(duì)外界的刺激產(chǎn)生響應(yīng)，比如熱感/力致變色材料，你給材料一個(gè)力，它的顏色就發(fā)生了變化。你把溫度提高一點(diǎn)，它的顏色又發(fā)生其他的變化，所以這些刺激響應(yīng)性AIE材料可以用來(lái)制作可擦寫(xiě)的紙張。

壓力敏感材料

我們知道有一門(mén)學(xué)問(wèn)叫做生物力學(xué)，還有一個(gè)很奇妙的東西叫“干細(xì)胞”，受精卵是干細(xì)胞，逐步分裂分化最后一直變成人的鼻子、眼睛等等，從最小的一個(gè)細(xì)胞孵化成各種不同的器官。干細(xì)胞為什么能變成各種不同的器官，肯定是發(fā)育的過(guò)程當(dāng)中受力、溫度、酸堿度等各種各樣的東西影響。這個(gè)研究很難，我們現(xiàn)在有同學(xué)在做微壓力敏感和高壓力敏感材料，這個(gè)細(xì)胞稍微碰到一點(diǎn)點(diǎn)力，發(fā)光材料就馬上變了顏色，就能更直觀準(zhǔn)確地研究細(xì)胞發(fā)育時(shí)哪里在受力，這個(gè)就叫微壓力敏感，可以對(duì)微小的納米級(jí)的力產(chǎn)生光信號(hào)的響應(yīng)。

圖7 運(yùn)用AIE材料進(jìn)行風(fēng)洞檢測(cè)

壓力敏感材料還有一個(gè)很有意思的應(yīng)用場(chǎng)景，那就是風(fēng)洞檢測(cè)，飛機(jī)是需要做風(fēng)洞檢測(cè)的，飛機(jī)在空中飛是空氣不動(dòng)飛機(jī)在動(dòng)，風(fēng)洞檢測(cè)是飛機(jī)不動(dòng)空氣動(dòng)，鼓風(fēng)機(jī)對(duì)著飛機(jī)吹，檢測(cè)飛機(jī)受力情況。現(xiàn)在的飛機(jī)風(fēng)洞檢測(cè)非常麻煩，有很多數(shù)學(xué)模型和很多探測(cè)器。如果現(xiàn)在往飛機(jī)上面一涂一吹，它受不同的力，發(fā)光的顏色、強(qiáng)弱不一樣，馬上看得非常清楚。

檢測(cè)有機(jī)底物

AIE材料還能檢測(cè)葡萄糖氨基酸生物酶等等有機(jī)底物，這些生物小分子大分子對(duì)人體非常重要，例如檢測(cè)葡萄糖可以用來(lái)監(jiān)測(cè)糖尿病等等，針對(duì)不同的有機(jī)底物，我們可以設(shè)計(jì)出各種體外體內(nèi)檢測(cè)的探針，熒光的高靈敏度和可視化讓其在醫(yī)療健康領(lǐng)域大有可為。

海水淡化——應(yīng)對(duì)全球水危機(jī)

世界上水的總量很多，但是干凈的淡水資源是缺少的。海水淡化是大家非常想做的事情，現(xiàn)在有成熟的技術(shù)，但太貴了，海水淡化的技術(shù)還有很大提升空間。我們?cè)谇懊嬷v的，AIE分子它在動(dòng)的時(shí)候不發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化成熱耗散了，光變成熱溫度就上升，我在想如果把它往海水里面一扔，太陽(yáng)光一照溫度升上去了，海水蒸發(fā)了，蒸發(fā)以后搜集起來(lái)就變成淡水了。太陽(yáng)、海水是不需要付錢(qián)的，唯一需要付錢(qián)的就只是納米粒子。目前我們做的納米粒，每小時(shí)每平方米可以產(chǎn)生大約5公斤的純凈水，這個(gè)水純凈沒(méi)有任何細(xì)菌，因?yàn)楣庹樟艘院蠹{米粒子會(huì)產(chǎn)生活性氧，把有害微生物都?xì)⑺懒恕?/p>

AIE高效轉(zhuǎn)光技術(shù)——“糧食危機(jī)”和“碳達(dá)峰+碳中和”

另外一個(gè)就是雙碳的問(wèn)題，現(xiàn)在達(dá)到雙碳目標(biāo)的主要辦法是減排限排，但我認(rèn)為減排限排是有限度的，就像開(kāi)上汽車以后再讓你走路可能你會(huì)不高興的，如果能把二氧化碳變廢成寶就太好了，現(xiàn)在歐洲、美國(guó)已經(jīng)在做蔬菜工廠，把植物放在24小時(shí)光照的植物工廠，縮短植物生長(zhǎng)物理周期，提高空間利用度，但他們用的是燈光而不是太陽(yáng)光。我的理想是能充分利用不要錢(qián)的太陽(yáng)光，太陽(yáng)光里面有紫外光，紫外光植物是不喜歡的，但是我們做的東西可以把紫外光變成可見(jiàn)光，植物也不是所有可見(jiàn)光都喜歡的，綠色實(shí)際上對(duì)綠色植物的生長(zhǎng)沒(méi)有多少用處，基本都被反射掉了，紅色對(duì)植物的生長(zhǎng)比較有用。剛好我們的這個(gè)技術(shù)可以要什么顏色的光給什么顏色的光，把植物不利用的那部分陽(yáng)光全部轉(zhuǎn)化成植物需要的陽(yáng)光，這就充分利用了太陽(yáng)的能源，轉(zhuǎn)化了更多的二氧化碳。

圖8 植物工廠運(yùn)用AIE高效轉(zhuǎn)光技術(shù)

我們還做了海藻的生長(zhǎng)，海藻有一段時(shí)間非常熱門(mén)，因?yàn)橛行┖Ｔ謇锩婧芏嗟挠?，在海里種海藻搜集生物柴油也是一種可觀的替代能源。后來(lái)有一段時(shí)間不行了，藻的生產(chǎn)太慢了。我們現(xiàn)在用AIE材料可以讓海藻的提高5—8倍。這是一箭多雕的方法，一是可以有效減碳；二是海藻可以做生物燃料；再者一些藻類還可以吃，比如現(xiàn)在市場(chǎng)上有個(gè)保健品叫“螺旋藻”。AIE增強(qiáng)植物光合作用是我非常感興趣的方向，我們現(xiàn)在只做了海藻，下面還想做蔬菜，再做糧食、再做花朵等等，都是植物，原理是一樣的，只是投入的成本比較大。 

第三類應(yīng)用：高品質(zhì)成像和示蹤材料

細(xì)胞器選擇性識(shí)別

小小細(xì)胞里面有大大的乾坤，AIE材料可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行特異性檢測(cè)和成像，根據(jù)不同的生物結(jié)構(gòu)可以選擇不同的材料。相較傳統(tǒng)的商業(yè)材料，我們材料的光穩(wěn)定性更好，可以長(zhǎng)效示蹤動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)細(xì)胞。例如，線粒體是細(xì)胞的動(dòng)力工廠，它出問(wèn)題了健康就會(huì)受影響，線粒體跟很多疾病都是有關(guān)系的。癌細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖非?；钴S，線粒體動(dòng)力工廠也數(shù)量更多更忙碌，因此我們可以用線粒體來(lái)區(qū)分正常細(xì)胞和癌細(xì)胞。

如圖9所示，在共同培養(yǎng)的時(shí)候，用檢測(cè)線粒體的材料檢測(cè)細(xì)胞時(shí)，正常細(xì)胞不亮但癌細(xì)胞亮。我有一個(gè)學(xué)生是名醫(yī)生，他對(duì)我們的技術(shù)非常感興趣。他說(shuō)，給患者做手術(shù)時(shí)需要判斷癌組織的邊界，中間的大塊腫瘤知道怎么切，但是旁邊的正常細(xì)胞和癌細(xì)胞犬牙交錯(cuò)的地方就非常麻煩，有些器官不可再生，切多了患者的生活質(zhì)量會(huì)受影響；如果切少一點(diǎn)，又存在復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。如果熒光材料特異性識(shí)別癌細(xì)胞的技術(shù)成熟后，就可以做到只要是癌細(xì)胞就能被點(diǎn)亮，只要亮的地方把它切掉就行了，這樣的術(shù)中指導(dǎo)對(duì)醫(yī)生是很有幫助的。  

圖9 運(yùn)用AIE材料檢測(cè)癌細(xì)胞

不僅是識(shí)別定位了癌細(xì)胞，AIE材料還可以在光照下產(chǎn)生活性氧（光動(dòng)力學(xué)療法，PDT）有效殺死癌細(xì)胞，即做到了診斷和治療一體化。除了癌細(xì)胞，有害細(xì)菌、真菌的檢測(cè)和殺滅也是醫(yī)療健康領(lǐng)域很重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)在有種細(xì)菌叫“超級(jí)細(xì)菌”，一旦感染超級(jí)細(xì)菌之后任何的抗生素都不管用，而我們這個(gè)技術(shù)靠光照PDT產(chǎn)生活性氧以后馬上把這些菌殺死，很難產(chǎn)生抗藥性。

圖10 利用AIE材料開(kāi)發(fā)的新冠抗原檢測(cè)試劑盒

病毒快速診療

不僅如此，我們還可以做病毒的快速診療，圖10是當(dāng)年武漢疫情的時(shí)候跟疾控中心合作開(kāi)發(fā)的新冠抗原檢測(cè)試劑盒，檢測(cè)的輸出信號(hào)是AIE熒光信號(hào)。此外，像Zika病毒、禽流感病毒等都是可以檢測(cè)的，我們的檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)99%。

有機(jī)熒光AIE點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

大家可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)量子點(diǎn)，量子點(diǎn)有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是量子點(diǎn)毒性比較大，對(duì)環(huán)境不友好，比如CdS（硫化鎘）。我們做的有機(jī)AIE點(diǎn)可以做成非常穩(wěn)定的納米粒子，毒性會(huì)小很多，毒性小的話就能更好地使用在生物體內(nèi)，也更適合長(zhǎng)時(shí)間留在體內(nèi)用于長(zhǎng)效示蹤。

近/遠(yuǎn)紅外AIE點(diǎn)成像

近/遠(yuǎn)紅外AIE點(diǎn)成像有很多的優(yōu)勢(shì)，一是AIE高亮度導(dǎo)致的超深度成像，實(shí)現(xiàn)非侵入式的逐層掃描，比如對(duì)腦組織進(jìn)行一層層掃描。

二是AIE高亮度導(dǎo)致的超高空間分辨率成像，有些生物結(jié)構(gòu)比如微血管是很小的，如果分辨率不高很容易看不清而混淆。我們經(jīng)常講的腫瘤并不是都需要切除的，良性的腫瘤可以選擇切或不切，惡性的腫瘤一定要切除。良性和惡性最大的區(qū)別在于，惡性的癌細(xì)胞會(huì)通過(guò)血管轉(zhuǎn)移到身體各個(gè)部位。我們可以把AIE納米粒子打到血管里面去，如果腫瘤周圍的血管不亮，說(shuō)明癌細(xì)胞沒(méi)有擴(kuò)散，這是良性腫瘤。如果腫瘤血管旁邊全部是亮的，說(shuō)明癌細(xì)胞擴(kuò)散了，這就是惡性腫瘤需要切除了。

圖11 AIE高亮度導(dǎo)致的超高空間分辨率成像

三是AIE高亮度導(dǎo)致的超時(shí)間分辨率成像，我們知道老年人中風(fēng)是因?yàn)檠吼こ?，血管壁狹窄，最后導(dǎo)致血管堵住了，血管熒光成像就會(huì)告訴我們血液的黏稠度，血流的流速有沒(méi)有變化，血管有沒(méi)有堵住，所以我們可以可視化血管內(nèi)部的情況來(lái)監(jiān)測(cè)病情。

最后，AIE高亮度導(dǎo)致的超長(zhǎng)程成像，也就是長(zhǎng)效示蹤成像，我們把AIE納米粒子喂給猴子吃，它在猴子身體里面如何代謝，去了哪些地方，都全部看得一清二楚。

圖12 AIE高亮度導(dǎo)致的超長(zhǎng)程成像

診療復(fù)合探針

光熱療法，我們的人體上升幾度就是高燒了，會(huì)非常難受，癌細(xì)胞比正常的細(xì)胞更加怕熱，因?yàn)榘┘?xì)胞的散熱功能很差，像一塊石頭一樣。舉個(gè)例子，如果小白鼠有皮膚癌的地方有一個(gè)腫瘤，將AIE材料打進(jìn)去，光一照局部升溫把癌細(xì)胞熱死了，這個(gè)就是光熱療法。

除了光熱療法，還有五花八門(mén)的診斷和治療方法，如果多種方法能集中于一體，也就是多模態(tài)診療，那這樣的復(fù)合探針就太有用了。我們?cè)贏IE材料用于多模態(tài)診療方面也有很多探索，以圖13為例，這個(gè)材料內(nèi)部是金屬的納米粒子，外面是我們的發(fā)光材料，它可以同時(shí)提供CT信號(hào)和熒光信號(hào)，多重信號(hào)可以給醫(yī)生提供更多信息，減少誤判。

圖13 AIE材料的多模態(tài)診療

四、AIE技術(shù)轉(zhuǎn)化與投資藍(lán)海

AIE領(lǐng)域就像一棵大樹(shù)一樣枝繁葉茂，發(fā)展出眾多領(lǐng)域。在基礎(chǔ)研究層面已經(jīng)碩果累累，但實(shí)際應(yīng)用這塊還有待開(kāi)墾，我想把這兩者中間連起來(lái)。既可以是制造也可以是創(chuàng)造，以前人家做出來(lái)的東西，我們國(guó)產(chǎn)替代是制造，別人沒(méi)有做出來(lái)的東西，我們從頭來(lái)做是創(chuàng)造。從基礎(chǔ)科學(xué)走到技術(shù)應(yīng)用，打通科技成果轉(zhuǎn)化落地的最后一公里，是很重要也是我們一直想做的事。    

事實(shí)上，我們的AIE生物熒光探針是有一家公司在賣的，一般一克是10萬(wàn)人民幣，有的是20萬(wàn)人民幣，可見(jiàn)我們這個(gè)東西是高附加值的。

不論是新材料還是新設(shè)備，我們都準(zhǔn)備去做，有一些應(yīng)用是現(xiàn)階段比較容易實(shí)現(xiàn)的，例如指紋檢測(cè)，毒品檢測(cè)等等和公共安全息息相關(guān)的檢測(cè)，以及疾病的體外診斷，例如新冠免疫層析試紙條，我們現(xiàn)在可以做到12.5個(gè)pg（皮克），靈敏度非常好的。

目前我們有一個(gè)轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)室，希望找到合作伙伴，可以成立股份合資公司，也可以進(jìn)行特定項(xiàng)目的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，盡可能找到一個(gè)合適的模式把這個(gè)技術(shù)推向產(chǎn)業(yè)化。    

AIE的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)在是天時(shí)地利人和。天時(shí)方面，國(guó)家本來(lái)就非常重視，外加面對(duì)國(guó)外的壓力而產(chǎn)生了巨大的國(guó)產(chǎn)自主化的動(dòng)力；地利方面，大灣區(qū)的發(fā)展前景不容小覷，深圳現(xiàn)在已經(jīng)是全國(guó)的人才集聚地，我認(rèn)為再過(guò)若干年就是全球的人才集聚地。外國(guó)人講深圳是“中國(guó)的硅谷”，未來(lái)這個(gè)地方一定會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化。人和方面，有幸有各位企業(yè)家的支持，我們爭(zhēng)取一起做一點(diǎn)事，把這個(gè)技術(shù)變成產(chǎn)品，回饋社會(huì)。

（本文由林美丹整理）