科学网—对话Aggregate主编唐本忠教授：当整体比部分更明亮，聊一聊聚集诱导发光-Wiley开放科研的博文
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2026-9-2 10:53
| 系统分类: 科研笔记
一个多世纪以来，化学研究者始终受制于一个令人棘手的局限：许多发光分子一旦聚集在一起，就不再发光。这种现象称为聚集诱导猝灭，给发光器件的制备带来了巨大挑战，因为这类器件所用的材料通常呈固态聚集形态。
2001年，时任香港科技大学助理教授的唐本忠观察到一个意外的相反现象：有些分子在溶液中不发光，聚集后却会发出强烈的光。唐本忠后来将这种现象命名为聚集诱导发光（AIE）。此后，AIE发展成为一个重要研究领域，应用横跨电子学、传感和医学。
今天，我们邀请到 Aggregate 主编、现任香港中文大学（深圳）教授的唐本忠共同回顾AIE偶然发现的来龙去脉、背后的科学原理，以及意外结果如何为研究开辟全新方向。
如果要向非专业人士解释，什么是聚集诱导发光？
在传统光物理学中，发光分子彼此分散时表现良好。在稀溶液中，它们的发光效率可以很高，有时量子产率接近100%。但当这些分子聚集起来，例如形成固体薄膜时，发光会减弱，甚至完全消失。这就是聚集诱导猝灭，早在19世纪人们就已认识到这种现象。
我们的观察结果恰恰相反。分子本身不发光，但聚集后却会强烈发光。因此，AIE被认为有悖直觉，因为它颠覆了人们长期以来的认识。
这是原本想要发现的现象吗？
完全不是。我们当时只是想制备发光分子。但我们合成的分子在溶液中并不发光。按常理，这会被视为一次失败。
后来我们注意到，它在固态下却有很强的发光性。正是这种矛盾引起了我们的注意。
起初，我以为我们发现了全新的现象。后来才意识到，类似现象以前也有人观察到，只是没有受到足够重视。这在科学中很常见：如果某个现象不符合现有范式，往往就会被忽略。所以我更愿意说，我们认识到了这一现象的重要性，并给它起了一个名字。这让其他人看到了它的价值，并在此基础上继续研究。
是在什么时候意识到有异常现象的？
事情源于一个非常简单的实验。一名学生告诉我，某个分子在溶液中不发光；但我们把薄层色谱板放到紫外光下观察时，却看到一个亮点。起初，这似乎自相矛盾。后来我们才意识到：溶剂蒸发后，分子会形成聚集体，而发光正是在这时出现的。
关键就在这里：同样的分子，是分散存在还是聚集在一起，表现会截然不同。
从分子层面看，AIE的原理是什么？
在溶液中，分子可以自由运动。它们会旋转、振动，激发态能量可通过这些运动以热的形式耗散，而不是转化为光。因此，人们看不到它发光。分子聚集后，运动会受到限制。它们无法再轻易旋转或振动，能量也就不能通过这些途径损失。相反，能量会以光的形式释放出来。
我们把这称为分子运动受限。理解这一点后，这种现象就很容易明白了。聚集并不总是坏事，它实际上可以增强发光。
“如果看到异常现象，就重复实验。如果结果可以重现，而现有知识又无法解释，那么它可能很重要。”
这可以带来哪些应用？
应用几乎无穷无尽。在光电子学领域，AIE材料非常适合用于有机发光二极管等器件。传统体系中，聚集会降低效率；在AIE体系中，聚集反而能提高效率。
在传感领域，AIE尤其有优势，因为目标物一旦与体系发生相互作用，就能让它发光。例如，要检测某种金属离子，可以设计一种能与该离子结合的分子。结合一旦发生，分子运动便受到限制，整个体系随之发光。同一原理还可以用于许多其他目标物，例如检测水中污染物、钙离子，甚至二氧化碳等气体。只要目标物与分子发生相互作用并限制其运动，体系就会亮起来。因此，从原理上说，我们几乎可以设计AIE体系来检测任何物质。
生物医学应用尤其令人振奋。我们可以设计出能够在癌细胞内富集的AIE体系。进入细胞后，它们既可发光用于成像，也可产生活性氧或热量来杀死癌细胞，从而在一个体系中实现诊疗一体化。
这个领域是否仍有尚未解决的问题或争论？
当然有。科学从来都不是一锤定音的。
大多数研究者对总体机制的认识是一致的，但具体细节仍有争议，这很正常。即便最伟大的理论也会受到质疑。质疑其实很有帮助，它会迫使我们思考得更深入，不断修正和完善认识。随着时间推移，这一领域已不再局限于发光。我们现在还在探索所谓的“聚集生成功能”，也就是由聚集带来多种不同性质，而不只是发光。
您还把AIE与更广泛的哲学思想联系起来，能谈谈吗？
AIE挑战了传统的还原论观点，即一个系统的性质完全由其各个组成部分决定。在AIE中，单个分子不发光，聚集体却会发光。这就是涌现的一个例子：整体具有其组成部分所没有的性质。
现实中，我们使用的不是单个分子，而是由分子聚集而成的材料。因此，我们不仅要研究分子，也应研究聚集体。这种思路可以为科学开辟新的方向。
您怎样鼓励学生打破思维定势？
我告诉他们，得到预期结果还不够。结果符合预测当然很好，却算不上出众。更应该关注意外结果。如果看到异常现象，就重复实验。如果结果可以重现，而现有知识又无法解释，那么它可能很重要。
热情也不可或缺。喜欢自己做的事，才会不断推动自己走得更远。在大学里，我们培养的不是技术员，而是会思考的人。
您原本并没有打算成为科学家，后来是怎样走上化学研究这条路的？
化学并不是我自己选择的。参加高考后，我被分配到高分子材料化学工程专业，后来教育部又选派我到日本攻读化学博士学位。
那时候机会有限，能上大学本身就是非常难得的事。但我相信，如果一件事非做不可，就要试着爱上它。喜欢自己的工作，才能把它做好并让生活更快乐。
我原来想当作家或艺术家。某种意义上，科学甚至比艺术更富创造力，因为你是在探索未知，并努力理解它。
Aggregate 致力于报道出版“聚集”过程中的基础和应用研究的前沿科学，特别是功能材料、化学、物理、生物技术、生命科学以及应用工程等领域的重要进展，为学术界搭建一个交流思想和意见的新平台，去分享聚集体研究的新发现和新突破，讨论聚集体研究的挑战和机遇。
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