唐本忠院士：“聚集”科學之光

2021年，對于中國科學院院士、香港中文大學（深圳）理工學院院長唐本忠而言有著特別的意義。這一年，距離他首次提出“聚集誘導發光（AIE）”這一改寫教科書的新概念正好20周年。

20年來，唐本忠帶領科研團隊本著敢為人先、追求真理的科學精神，不僅從基礎研究方面探索了AIE的工作機制，還將AIE材料廣泛應用到生物成像、化學傳感、光電器件、癌癥診療、納米藥物遞送、低碳城市建設等領域。而他據此于近年提出的“聚集體學”作為一個新興交叉領域，如噴薄而出的朝陽，正發出耀眼的光芒。

“從事基礎科學研究要敢于質疑，勇于證偽，修正甚至推翻已被廣泛接受的理論模型或研究范式。”接受《中國科學報》采訪時，唐本忠表示。

敢為人先，大膽證偽

發光是物質把吸收的能量轉化為光輻射的物理過程。過去100多年來，人們在很多發光體系經常觀測到一種被稱為“聚集淬滅發光（ACQ）”的光物理現象。ACQ現象指的是，發光分子在稀溶液里可高效發光，但在濃溶液中或聚集狀態下，其發光減弱甚至完全消失。ACQ效應廣泛存在，因而成為發光領域一個眾所周知的“常識”。

ACQ效應很大程度上限制了傳統有機材料制備的固態有機發光二極管（OLED）的發光效率。這個低效率“天花板”導致手機和電腦屏幕的高能耗。為此，很多科學家基于ACQ思路，從降低發光材料濃度的角度入手，改進發光材料，以防止過度聚集而導致發光淬滅。但是，這些嘗試各有各的問題，都無法從根本上解決問題。

2001年，一次偶然的幸運機會降臨在唐本忠的身上。一天，唐本忠課題組里的一名學生做實驗時發現，樣品點在薄層色譜板上，在紫外燈照射下卻沒有像預計的那樣觀察到熒光發射；而過了一陣樣品溶劑揮發之后，也就是說材料聚集之后，反而發出了明亮的熒光！

越聚集、越發光？這可是一個完全和教科書上板上釘釘的ACQ效應截然相反的現象啊！唐本忠沒有輕易懷疑學生可能弄錯了，反而敏銳地感覺到“非常有意思”。“如果我們能證明ACQ不一定對，會是一個有意義的突破。”他說。正如科學哲學家波普爾提出的“證偽主義”，大膽猜想的確認，或是謹慎猜想的證偽都代表了科學的進步。

經過嚴密設計實驗，他們確認“越聚集、越發光”的現象的確存在，并將其命名為“聚集誘導發光”。

AIE創新閃爍著哲學思想的光芒。如今，再次回顧證實AIE的過程，唐本忠總結，“科學研究就是‘見人皆所見，思人所未思’。要敢于跳出框框，力爭比巨人看得更高更遠。”

嚴謹求實，做大做強

AIE論文發表后引起了科技界的關注，眾多研究者開始了與AIE相關的研究。2017年，AIE研究團隊獲得國家自然科學一等獎。一項最新的數據顯示，目前全球有一百多個國家或地區的幾千個研究機構或部門在從事AIE相關領域的科學研究。

20年來，唐本忠帶領團隊繼續嚴謹求實，致力于將AIE材料做大做強。作為一項中國本土原創的的材料體系，其衍生的新技術和產品正逐步打破國外對熒光檢測技術及相關產品的壟斷。

研究人員充分利用AIE的特殊性質，開拓挖掘其在生物檢測方面的應用潛力。水溶性AIE基元在水中不發光，但碰上蛋白質、DNA、脂肪、糖等生物分子就會發生聚集而發光。如今，經過結構優化，AIE熒光探針變得越來越“聰明”，它們能夠分辨不同的細胞器，甚至能區分癌細胞和正常細胞。

“AIE熒光探針可以告訴我們哪里有癌細胞，可直接對癌細胞進行光激活熒光成像，并可同時產生活性氧殺死腫瘤組織。它既可以做診斷，也可以做治療，還可追蹤癌細胞的擴散路徑。”唐本忠介紹。

AIE神通廣大，在生物成像、化學傳感、光電器件、癌癥診療、納米藥物遞送、低碳城市建設等諸多領域都能夠見到AIE的身影。

從原創理論的突破到產業應用的推廣，唐本忠帶領團隊幾乎打通了一整條創新價值鏈。“我們并不是為了突破檢測癌癥的難題而去做這些材料，而是從原理上弄清AIE機理。厘清基礎科學問題允許我們去進行廣闊的技術開發。”

令唐本忠感到振奮的是，在與一些生物學家和臨床醫生交流的過程中，他還發現了AIE在干細胞、神經、免疫等方面大有潛力可挖。這讓他更加篤信：“基礎研究是科技創新的源頭。”

胸懷祖國，培養后學

回首科研人生，唐本忠感恩國家為個人成長提供的機會和支持。1982年，作為改革開放后首批公費留學生，唐本忠前往日本京都大學攻讀高分子專業博士學位。隨后，先后在日本、加拿大學習和工作一段時間后，他于1994年到香港科技大學執教。2002年，他獲得國家杰出青年科學基金B的資助。

“如果沒有國家的支持，我不會取得今天的成績。”唐本忠強調。“作為一名科學家和教育者，我會在自己的崗位上，盡自己的一分力，為國家做點事。”

2017年，唐本忠領銜的國家自然科學基金基礎科學中心項目“分子聚集發光”在大灣區落地。作為國家自然科學基金資助強度最大的一類項目，基礎科學中心旨在瞄準國際科學前沿。

近年來，唐本忠帶領團隊在AIE研究的基礎上，提出了“聚集體學”（Aggregology）的新概念。“中國古代先哲老子在《道德經》中指出‘三生萬物’。根據馬克思主義哲學的量變質變規律，微粒聚集的量變可以帶來質的飛躍。”唐本忠相信，聚集體學將促成研究認識論和方法論的范式轉變，為人們對多級結構和復雜系統的研究探索開辟一條新路。

“發展聚集體學，對人才的培養提出了新的要求。”唐本忠坦承，“我最大的夢想，就是為科學前沿、為國家需求培養一批高端人才。”

指導學生時，唐本忠高度重視科學研究的哲學訓練，堅持“授之以漁”。在他看來，好的導師應該培養學生如何尋找問題，如何批判性思維，從而提高科學素養和鑒賞力。