導讀：今天為你推薦的是清華大學化學系博士、化學工程師孫亞飛老師發布的《材料科學前沿報告》。該報告孫亞飛老師每年發布一次。這份報告，不是材料學科普，也不是文獻綜述，而是讓你和頂級科學家的認知同步。
  報告介紹的，是一種能殺死癌細胞的熒光材料，英文簡稱AIE。孫亞飛老師在準備這一系列報告的時候，研究了上百種材料，選出21種前沿材料，AIE材料是其中的一種。作者認為，AIE不僅解決了困擾化學界將近150年的難題，而且它還能應用在醫學、刑偵，甚至碳中和多個領域。更重要的是，這項技術，是完完全全屬於咱們中國人的原創科學。它由中國科學院院士、香港科技大學化學系教授唐本忠先生首次發現。更了不起的是，唐院士和他的團隊，由此開創了AIE研究版圖。用一組數字說話。在科學界，一位科學家的論文，如果能被引用超過1萬次，那這位科學家，可以說鳳毛麟角的級別了。但你知道唐院士的論文被引用多少次嗎？高達13萬次。再就是，唐院士的AIE版圖有多大呢？一共有139個國家，大約7000支科研團隊，都在參與AIE的工作。這裡面既有中國的34個行政區，港澳臺也包括在內，還有美國境內的50個州。說這個AIE材料為科學界打開一扇大門，真是一點也不誇張。拋開這些成就都不談，這個材料還會改變你我的生活。那就是用在醫學上，它能夠精準地殺死癌細胞。如果這項成果能順利推進，那它挽救的將是無數人的生命。這麼想想還真的挺讓人激動的。接下來，我們一起來聽孫亞飛老師的詳細介紹。

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將近150年的難題
  AIE材料，全稱是聚集誘導發光材料。聽起來很難懂，不過沒關係，你只需要記住它是一種發光材料就好了。
  乍一聽，你可能覺得不稀奇，我們生活中能發光的材料可太多了，好像沒什麼了不起的。你這麼說沒錯。只不過，我們生活中看到這些發光現象，都是宏觀層面的。要瞭解這些發光現象，還需要回到微觀的分子層面來做解釋。總的來說，自然界的發光材料就兩種，要麼是來自於無機分子，要麼是來自於有機分子。其中，無機分子的發光物存在不可避免的短板，比如材料脆、不好加工，只能先做出來一個個有顏色的小像素點，再把牠們連成一整張圖。但如果使用有機發光物，就可以直接像刷塗料一樣，想要哪裡發光就讓哪裡發光，再也不會出現顏色斷點。慢慢地，在工業上，能夠發光的有機分子，就取代無機分子，成為了剛性需求。而讓有機物發光呢，其實也不算特別困難的事情，很多染料就可以出現發光現象。
  有機物發光的原理，說起來也不複雜。你可以把這種會發光的分子，想象成是一個小燈泡，當我們打開電路開關，給燈泡通上電，燈泡就能亮了。這種分子的光，在學術上被稱為熒光。當然，讓有機分子發光的方式還有很多種。除了通電，其他給分子輸送能量的方式，比如加熱或者光照，也是可以的。所以尋找有機發光物，也並不是問題。但是，科學家們發現，在所有的有機發光物里，存在著一個很奇特的現象，就是這些有機物發光分子，單個存在的時候，能發光，但是只要聚集在一起，反而會出現光亮消失的現象。科學家們給這個奇怪現象起了個名字，叫聚集熒光淬滅，英文簡稱ACQ效應。還是用前面這個比方，好比說一節電池可以讓燈泡變亮，把幾節電池接起來，電池反而不亮了。是不是很奇怪？就是這個奇怪的現象，科學家們曾經猜測了很多種原因，但也很難驗證。不知道原理也就罷了，麻煩的是，這個效應導致這些發光有機物的應用受到很大限制。你想，電池如果只能用一節，不能疊在一起使用，那麼電壓、電量全都上不去。發光的分子也一樣，如果只能各自發光，一旦聚集就不能發光，那麼光的亮度肯定就不會高。有機物的熒光現象是在19世紀被發現的，但是對於淬滅，也就是一聚集就不再發光的這個問題，科學界花了一百多年也沒能找到什麼好辦法，時間一晃就來到了21世紀。

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找到解決方案
  終於到了2001年，唐本忠院士發現了AIE效應，也讓這個世紀難題出現了轉機。
  這個時候我們再理解AIE這個詞，就好懂多了。跟ACQ效應相反，具備AIE效應的分子，單個的時候不會亮，反而聚集在一起就能發光了，「聚集誘導發光」這個全稱，就是這麼來的。不過唐院士本人非常謙遜。在他看來，AIE現象原本就存在於自然界，自己未必是第一個觀察到這一現象的人。他堅稱自己只是為這種現象確定了一個科學的概念，做了一點小工作。但不管怎麼說，唐院士是第一次用AIE命名了這種效應，也是把它作為研究課題的第一人。唐院士判斷，這不會是偶然現象，於是開始了原理上的追蹤。在隨後整整兩年的時間裡，他非常謹慎地研究這種現象，沒有貿然提出解釋，直到最終把AIE的原理給摸透了。這裡面的原理非常抽象，要理解它，需要具備一定的化學基礎。我試著用風車給你作一個比方。簡單來說，具有AIE效應的分子，本身的結構就跟風車一樣。如果給單個的風車能量，它不會發光，而是會轉動。但如果很多個風車湊在一起，挨得很近，再給牠們能量，牠們就轉不動了。但與此同時，牠們會聚集很多發泄不了的能量。同樣地，如果把很多像風車一樣的分子，聚集在一起，讓分子和分子之間靠得特別近。這時候再給分子充能的話，分子也就無法再運動了，匯集在一起的能量，最後就會以光的形式釋放出來。用唐院士的話說就是：團結就是力量，聚集才能發光。就這個解釋，唐院士的課題組進行了多角度驗證，結果不僅符合預期，而且還可以通過計算，設計出其他具有AIE效應的分子。
  到目前為止，全世界已經合成了上萬種AIE分子。還有一個意想不到的收穫是，過去科學界百思不得其解的ACQ效應，隨著AIE效應的破解，也終於被弄清楚了。簡單來說，具有ACQ效應的分子，特徵上和AIE分子有著很大的差別。單個的ACQ分子接收到能量以後，不會動來動去，只能姥姥實實地發光。但很多個這樣的分子堆疊在一起的時候，一個分子發出的光，很快就被其他分子作為能量吸收了。每個分子吸收能量的進度不一樣，造成內耗，最後光反而發不出來了。我們還是可以把每個ACQ分子聚集起來，想像成很多個電池串聯。當有電的電池和缺電的電池連接起來，前者會給後者充電。結果，放出去的電就就不是牠們的總電量加起來了，而是不斷消耗，最後放不出電。

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精準殺死癌細胞
  不過，你可能會問，這個發現是2001年做出來的，這不都是20年前的事了嗎，它的前沿體現在哪兒呢？
  其實，我之所以安排在2021年的報告里給你介紹它，就是因為，2021年，這個材料在應用層面得到了突破性進展。在所有這些研究成果中，我自己最受震撼，也覺得對你來說最有價值的一項應用，是AIE效應分子對癌症的治療作用。我們知道，光療技術已經是癌症治療中的一種常規手段。癌細胞的代謝方式和正常細胞有區別，這導致癌細胞更懼怕高溫。所以通過光療的手段，對腫瘤進行照射，使其溫度上升，癌細胞就可以被殺滅了。但是，要想讓光照射到腫瘤內部可不容易。因為皮膚還有其他器官都會吸收這些光的能量，癌細胞被燙壞的同時，也會破壞正常的細胞。有了AIE效應分子，就能夠開發出藥物，只針對癌細胞發揮作用了。
  具體設計的思路，是讓AIE效應分子具有識別能力，富集在癌細胞的細胞器中。這時候再用遠紅外光提供能量，這種光的波長很長，身體只會感受到溫熱。但是富集在一起的AIE效應分子吸收這些能量以後，就會發射很強的熒光，在釋放熱量的同時，還會產生活性氧。這兩個因素都會讓癌細胞死亡，而且還不會破壞人體正常的細胞。就在今年，唐院士的團隊已經開始了這些AIE分子的產業化研究。他們跟一些醫院達成合作，很快會在臨床上開展AIE治療癌症的研究。這些工作具有很強的革命性，它或許會顛覆我們對癌症治療的很多思路，幫助更多患者康復。

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小結
  除了醫學應用，AIE效應的前沿研究，還有很多領域，應該是我們這次21種前沿材料里，最廣泛的一種。說出來可能嚇你一大跳，它能夠應用在16種場景那麼多！醫學上的應用我已經重點給你介紹了，其他的應用場景，比如照明、顯示屏這些領域，你應該很容易想到。另外還有生物、二氧化碳排放，甚至刑偵等等一些讓你大感意外的場景。就拿刑偵來說吧，工作人員如果想提取犯罪現場留下的指紋時，就可以在現場噴洒AIE材料製作的試劑。這些試劑里的AIE分子聚集在指紋上，就會發光，這樣就很方便工作人員開展下一步的工作了。其他的應用場景，限於本次報告的篇幅，我不能一一給你解讀。希望未來你能給我機會，繼續為你跟蹤報道。（星辰編輯）