唐本忠院士：“聚集”科学之光

2021年，对于中国科学院院士、香港中文大学（深圳）理工学院院长唐本忠而言有着特别的意义。这一年，距离他首次提出“聚集诱导发光（AIE）”这一改写教科书的新概念正好20周年。

20年来，唐本忠带领科研团队本着敢为人先、追求真理的科学精神，不仅从基础研究方面探索了AIE的工作机制，还将AIE材料广泛应用到生物成像、化学传感、光电器件、癌症诊疗、纳米药物递送、低碳城市建设等领域。而他据此于近年提出的“聚集体学”作为一个新兴交叉领域，如喷薄而出的朝阳，正发出耀眼的光芒。

“从事基础科学研究要敢于质疑，勇于证伪，修正甚至推翻已被广泛接受的理论模型或研究范式。”接受《中国科学报》采访时，唐本忠表示。

敢为人先，大胆证伪

发光是物质把吸收的能量转化为光辐射的物理过程。过去100多年来，人们在很多发光体系经常观测到一种被称为“聚集淬灭发光（ACQ）”的光物理现象。ACQ现象指的是，发光分子在稀溶液里可高效发光，但在浓溶液中或聚集状态下，其发光减弱甚至完全消失。ACQ效应广泛存在，因而成为发光领域一个众所周知的“常识”。

ACQ效应很大程度上限制了传统有机材料制备的固态有机发光二极管（OLED）的发光效率。这个低效率“天花板”导致手机和电脑屏幕的高能耗。为此，很多科学家基于ACQ思路，从降低发光材料浓度的角度入手，改进发光材料，以防止过度聚集而导致发光淬灭。但是，这些尝试各有各的问题，都无法从根本上解决问题。

2001年，一次偶然的幸运机会降临在唐本忠的身上。一天，唐本忠课题组里的一名学生做实验时发现，样品点在薄层色谱板上，在紫外灯照射下却没有像预计的那样观察到荧光发射；而过了一阵样品溶剂挥发之后，也就是说材料聚集之后，反而发出了明亮的荧光！

越聚集、越发光？这可是一个完全和教科书上板上钉钉的ACQ效应截然相反的现象啊！唐本忠没有轻易怀疑学生可能弄错了，反而敏锐地感觉到“非常有意思”。“如果我们能证明ACQ不一定对，会是一个有意义的突破。”他说。正如科学哲学家波普尔提出的“证伪主义”，大胆猜想的确认，或是谨慎猜想的证伪都代表了科学的进步。

经过严密设计实验，他们确认“越聚集、越发光”的现象的确存在，并将其命名为“聚集诱导发光”。

AIE创新闪烁着哲学思想的光芒。如今，再次回顾证实AIE的过程，唐本忠总结，“科学研究就是‘见人皆所见，思人所未思’。要敢于跳出框框，力争比巨人看得更高更远。”

严谨求实，做大做强

AIE论文发表后引起了科技界的关注，众多研究者开始了与AIE相关的研究。2017年，AIE研究团队获得国家自然科学一等奖。一项最新的数据显示，目前全球有一百多个国家或地区的几千个研究机构或部门在从事AIE相关领域的科学研究。

20年来，唐本忠带领团队继续严谨求实，致力于将AIE材料做大做强。作为一项中国本土原创的的材料体系，其衍生的新技术和产品正逐步打破国外对荧光检测技术及相关产品的垄断。

研究人员充分利用AIE的特殊性质，开拓挖掘其在生物检测方面的应用潜力。水溶性AIE基元在水中不发光，但碰上蛋白质、DNA、脂肪、糖等生物分子就会发生聚集而发光。如今，经过结构优化，AIE荧光探针变得越来越“聪明”，它们能够分辨不同的细胞器，甚至能区分癌细胞和正常细胞。

“AIE荧光探针可以告诉我们哪里有癌细胞，可直接对癌细胞进行光激活荧光成像，并可同时产生活性氧杀死肿瘤组织。它既可以做诊断，也可以做治疗，还可追踪癌细胞的扩散路径。”唐本忠介绍。

AIE神通广大，在生物成像、化学传感、光电器件、癌症诊疗、纳米药物递送、低碳城市建设等诸多领域都能够见到AIE的身影。

从原创理论的突破到产业应用的推广，唐本忠带领团队几乎打通了一整条创新价值链。“我们并不是为了突破检测癌症的难题而去做这些材料，而是从原理上弄清AIE机理。厘清基础科学问题允许我们去进行广阔的技术开发。”

令唐本忠感到振奋的是，在与一些生物学家和临床医生交流的过程中，他还发现了AIE在干细胞、神经、免疫等方面大有潜力可挖。这让他更加笃信：“基础研究是科技创新的源头。”

胸怀祖国，培养后学

回首科研人生，唐本忠感恩国家为个人成长提供的机会和支持。1982年，作为改革开放后首批公费留学生，唐本忠前往日本京都大学攻读高分子专业博士学位。随后，先后在日本、加拿大学习和工作一段时间后，他于1994年到香港科技大学执教。2002年，他获得国家杰出青年科学基金B的资助。

“如果没有国家的支持，我不会取得今天的成绩。”唐本忠强调。“作为一名科学家和教育者，我会在自己的岗位上，尽自己的一分力，为国家做点事。”

2017年，唐本忠领衔的国家自然科学基金基础科学中心项目“分子聚集发光”在大湾区落地。作为国家自然科学基金资助强度最大的一类项目，基础科学中心旨在瞄准国际科学前沿。

近年来，唐本忠带领团队在AIE研究的基础上，提出了“聚集体学”（Aggregology）的新概念。“中国古代先哲老子在《道德经》中指出‘三生万物’。根据马克思主义哲学的量变质变规律，微粒聚集的量变可以带来质的飞跃。”唐本忠相信，聚集体学将促成研究认识论和方法论的范式转变，为人们对多级结构和复杂系统的研究探索开辟一条新路。

“发展聚集体学，对人才的培养提出了新的要求。”唐本忠坦承，“我最大的梦想，就是为科学前沿、为国家需求培养一批高端人才。”

指导学生时，唐本忠高度重视科学研究的哲学训练，坚持“授之以渔”。在他看来，好的导师应该培养学生如何寻找问题，如何批判性思维，从而提高科学素养和鉴赏力。