來源：新浪網
「相隔一年，世界已經巨變，技術變革提前並且加速，與其擔憂，不如擔當。」馬雲在2020世界人工智慧大會上講到。
疫情之下，對於願意思考未來的企業家來說，機會才剛剛開始。新科技將改變未來商業世界版圖。
港科大EMBA中英雙語課程以雲課堂，參觀實驗室，專題報告，知識轉移四部曲的方式開展了「走進科大實驗室」系列活動，邀請到首屈一指的科研教授，與大家一起分享世界級的科研成果，一起感受科技的力量，以及其蘊含的巨大商機。
「光」可謂萬物生命之源，改善人類的科技也是源自「光」的創新研究。唐本忠院士致力於聚集誘導發光（AIE）機理的探究，2016年《自然》期刊將AIE列為支撐未來納米光革命的四大納米材料之一，且是其中唯一一個由中國科學家原創的新材料體系。AIE分子材料有如競賽場上的 「全能運動員」，可應用在物料、醫療、病毒檢測、食品質量監測等多個範疇，具有極大的潛在商機。
一、光學研究對人類有多重要？
「許多改變人類生活的技術，均是來自關於『光』的研究，在研究光與其他物質的互動中，從重大的基礎科學發現新創新。」（《自然材料》2015年14卷社論）在眾多關於光的研究中，發光分子在稀溶液裡閃閃生輝，一直引起我的注意和喜愛。
早期的重大光學研究成果，例如愛因斯坦在1905年發表「量子論解釋光電效應」，一直改變人們思想的概念與機理，直至近代有關光學的大影響力研究，包括2008年及2014年諾貝爾化學獎的項目，分別是「綠色螢光蛋白的發現和改造」、「超分辨螢光顯微技術的研發」；而2014年的諾貝爾物理獎，獲獎項目就是「高效藍色發光二極體的發明」，全都是發光材料與器件，它們是改變世界面貌的材料與技術。
聚焦光與其他物質互動的研究，主要有兩大類。其一是光物理 (Photophysics)，特性是以固態聚集，探索光與電的相互作用、能量轉換的過程，已經常應用至許多電器用品中，如大型電視屏幕、柔性顯示、省能照明等，一般人非常熟悉。其二是光生物 (Photobiology) ，特性是以水相聚集，用作理解生物結構、探索生命的過程，醫療應用普遍，包括成像示蹤、健康診療、疾病防治等。
二、聚集誘導發光AIE的劃時代突破
有機發光材料通常在固態和水相使用，隨著水的加入，分子開始聚集，發光逐漸減弱，直至徹底消失。這種現象叫做ACQ (Aggregation Cause Quenching)，意思是「聚集導致發光猝滅」。因為發光材料多在聚集態下使用，比如製作一塊有機發光二極體(OLED)的手機屏幕，發光材料就是在濃度最高的固體薄膜態使用。那麼，究竟如何降低ACQ效應的不利影響？其中一個被大多數研究人員採用的方向，是抑制發光分子的聚集，但效果並不理想。
由我們研發的概念──聚集誘導發光 (Aggregation-Induced Emission, AIE)，與傳統ACQ現象完全相反，隨著水的加入，分子開始聚集，發光逐漸增強，直至閃閃發光；原理是具有AIE特性的分子，跟與平面共軛的ACQ螢光分子不同，AIE分子通常具有螺旋形或者扭曲的空間結構，使份子在聚集態下，限制了分子內的自由運動空間（Restriction of intramolecular motion，RIM），抑制了激發態的能量以非輻射躍遷衰退的途徑，轉而以螢光的形式耗散，令發光強度顯著。
三、AIE的多元優勢
AIE具備多項優勢，包分子結構可按RIM機理設計，發光顏色可覆蓋紫外，即紅外波段，聚集態發光量子效率也可調節。經過20年的發展，AIE材料已經廣泛應用在化學/生物傳感、光電器件、癌症診療和納米藥物遞送等眾多領域。
這項百分百中國原創的技術，使聚集誘導發光研究團隊榮獲2017年度國家自然科學一等獎，我有幸成為科大創校以來，首位獲此殊榮的學者。目前，全球有145個國家或地區，共約12,000個研究機構或部門從事AIE相關領域研究。
AIE的突破性貢獻，在於AIE可被套用到不同物料上，可說是材料競賽場上的「全能運動員」，應用層面涵蓋：血管成像、細胞追蹤、液晶顯示、智能材料、發光二極、指紋檢測、爆炸物探測、有機光波導細菌甄別、食品質量監測、化學傳感器、細胞器影像，AIE的出現，逐步打破國際間對螢光檢查技術，以及相關產品的壟斷局面。
四、AIE的技術和應用範圍
AIE材料的技術和應用主要分三個範疇：
（一）效率光電轉化材料和器件的開發與應用
目前，中國在能源領域上面對巨大的需求，發展環保照明和各類顯示工具是必然的趨勢。以OLED為主的顯示和照明為例，可應用於摺疊顯示、柔性照明等多個普及化的場景，然而代表性材料功能單一，且全方位依賴進口，設備亦全面依賴進口，中國缺乏自主智慧財產權如螢光、金屬磷光材料體系。
1、環保照明及低成本三維成像
具備AIE特性的OLED材料，保證材料高固態光致發光效率，特殊發光機制提高材料的激子利用率，可製造低成本、低滾降、高器件表現力的成品，建基於AIE，可發展出一系列具有自主智慧財產權的電生光材料、器件和工藝設備，滿足能源的需要。
至於應用在量子計算、自旋電子學光通信、光學保密及3D顯示的「圓偏振光發射」技術，行業痛點同樣是光學組件依賴進口，由AIE支持的非摻雜性CPL（圓偏光鏡）材料及器件，是高效率偏振光材料，可裸眼多角度立體顯示，是低成本的三維成像器件。
2、簡化LED點膠
而LED的其中一個工序：點膠，除了現行原料基本依賴進口外，還有點膠分散性差，能量傳遞不充分，更會對環境造成汙染嚴重等缺點。按AIE的原理，可製造反Kasha規則的單分子白光，新理論傳新跟發光能級充分利用，有效降低器件製備成本和簡化工藝，而且AIE顏色豐富，與現行點膠工藝結合。
（二）高靈敏度和高特異性的智能傳感材料和器件
新冠病毒引起全球疫症，環境保護監測、公共安全衛生等領域的訴求只會有增無減，多類別、複合型和大通量的檢測材料和設備，均為市場所需，研發中國原創的智能傳感材料和設備，也有助打破國外在此領域的壟斷。
1、及早發現缺鉀症
以金屬離子類為例，現行常規的材料是無法採用可視化的螢光法檢測鉀離子，而採用AIE為材料的鉀離子螢光點亮探針，有助發現人體缺鉀症，當人的體內缺鉀時，會造成全身無力、疲乏、心跳減弱、頭昏眼花，及早檢測，病人適時補充鉀，支持心臟舒展和伸縮自如，調節心跳節律，維持身體健康運作。
2、含汞或銀量汙染物
另一方面，納米銀產品泛濫，美白袪斑等護膚品亦常被發現含汞或銀量超標，汙染源十分廣泛，而AIE為材料的汞離子螢光點亮探針，則可有效找出有害汙染物。而食品新鮮度更加是市民最關心的項目，尤其是活魚海鮮，我們將AIE材料應用至胺類揮發性氣體監測，可容易驗出三文魚的放置時間，叫人吃得安心。
3、綜合工業汙染檢測
工業產生的有毒氣體或廢水，無色無味，長期損害人體健康，一直是社會關注的課題，唯工業排放的檢測行業痛點多，不但檢測時間耗時長，且每次檢測只針對特定物種條件，混合體系失效，可攜式檢測器亦較少。AIE技術可解決以上痛點，因為AIE多為單一反應型，選擇性好、精密度高，例如有機毒氣可視化含量監測，可應用至化工廠區揮發性有機化合物（VOC）含量測試，檢測出有機磷（如沙林毒氣）；又可應用至甲醛（福馬林）含量監測，檢測室內環境VOC的含量。其他常見氣體類測驗，包括高濃度二氧化碳氣體監測，進行工廠排放等氣體分析；而水含量的可視化監測，可進行封裝及纖維等溼氣含量測試。
4、壓力敏感材料
此外，AIE可作為壓力敏感材料，可以為飛行器進行風洞實驗。風洞是一種產生人造氣流的管道，專門用來研究物體在氣流中，產生的氣動效應以及進行耐熱抗壓實驗等，測量飛行物體與空氣相對運動所受到的阻力，精準度提高，飛機安全度相應提高。至於作為微壓力敏感的材料，細緻之程度，足夠檢測細胞運動。
最後是應用至有機底物，葡萄糖選擇性識別與監測、胺基酸選擇性識別與檢測和爆炸物選擇性識別。
（三）高解析度和對比度的成像和示蹤材料及器件
隨著人口老齡化，人們對健康要求提高，醫療健康、生物、製藥等領域有龐大的需求，AIE可以將微觀過程和治療模式等以可視化和動態監測形式展現，立足精準醫療，整體提高人民生活質量。
1、線粒體成像和示蹤
精密度高的AIE，可為存在於細胞中的線粒體製造成像和示蹤檢測，線粒體可說是細胞中能量工廠，是人體一切動力的來源。由AIE進行成像，線粒體的螢光顏色可調，區分生物體自發螢光，達高解析度和對比度。技術可應用於科研試劑、病理研究和藥物篩選，實驗包括將正常與患者線粒體形貌對比，藉以確定是否原發性疾病；或進行特定過程的監測，確定該過程的核心步驟；至於藥物，可以比較服用藥物前後的線粒體變化，協助醫駕人員確定藥物是否有效；醫療人員更可就特定細胞進行活性檢測，而不是從身體抽取出來已無生命的細胞，直觀動態成像，作出最佳的病情判斷。
2、治療癌症新希望
以令人聞風色變的癌症為例，AIE的精準醫療，為治療癌症帶來新希望。首先是協助醫生從線粒體區分出癌細胞，及早篩查出癌症，我們又發現一種AIE材料，可以精準地追蹤四處逃竄的癌細胞，在癌細胞中聚集發光，卻對正常細胞視而不見，這種能力有機會成為未來早期診斷癌細胞的新手段。在治療的過程中，AIE可對腫瘤或癌細胞等組織進行長期追蹤和顯影，亦可對即使極微量的化學品進行高靈敏度的檢測、預報及控制。
在動手術時，犬牙交錯的腫瘤邊緣，為醫生切除過程帶來嚴峻的考驗，因為切除不淨，會留下復發的隱患，如切除過多，又會讓病人遭遇不必要的傷害。對此，使用AIE材料進行細胞器成像，只有一毫米大小的腫瘤，都可以通過螢光精準呈現，醫生可精準地只切除癌細胞。我們已經在大動物身上開展了AIE用於手術螢光導航的初步實驗，並取得了很好效果。
3、細菌病毒快速測試
除了癌症，細菌、真菌、病毒的快速診療，都是醫療界渴求的技術，目前的行業痛點是難以靠形貌去辨認細菌、病毒，如每次化驗都要依靠孵育，時間太慢，病毒傳播不等人，大型爆發，後果堪虞。如以AIE為材料的細菌陣列傳感晶片，可區分細菌、真菌的種類；而AIE雙通道精確定性定量分析，檢出病毒準確率可達99%。我們進行過的實驗包括檢測寨卡病毒。
4、檢視毛細血管
血管閉塞是另一個引致嚴重病症的原因。近/遠紅外AIE點成像，其高亮度可為血管進行超深度成像，通過非侵入式快速逐層掃描及三維建模，窄小如4.4微米毛細血管的情況和血流速度，都可以被顯示出來，醫生可了解血液的黏度，從而為潛在血栓定位，防止中風。
5、光聲/光熱複合診療
雖然AIE材料在生物應用，主要是善用其螢光顏色或強度的變化，但稍為修改其分子設計，可以賦AIE材料分子多種功能，例如在螢光導向的化學治療上，AIE材料既可作為螢光示蹤劑，更可以作為癌細胞的治療藥物，在光聲成像導向的光熱治療方面，溶液中的AIE材料具有更多的分子內運動，使其激發態能量以熱的形式釋放，實現高效的光聲成像和光熱治療，簡化診療程序，應用材料一體化。
6、百分百中國原創
歸納以上三大範疇的應用，場景連結能源、空氣、水源、食物、醫療、健康，跟人們的生活息息相關。AIE一方面為現有技術提供更好的材料體系，切實提高成像品質，同時實現手術導航定位精準切除，將診斷與治療一體化。重點是專利權屬於我們，可打破國外的壟斷，因為全球大部分商業化生物螢光探針都是傳統的ACQ材料，其智慧財產權由國外企業把控，價格昂貴且效率遠不如AIE材料。中國原創的AIE擁有長效、穩定、成本低，普惠性強的優勢；我們期望將其成果產業化，切實為改善人民的醫療條件貢獻力量。
我本身畢業於華南理工大學材料科學與工程學院，AIE高等研究院亦設於華南理工大學，我以黃埔軍校的精神定位這所「黃埔實驗室」。因為當中有一流的基礎科學人才及應用技術型能手，不以文章考察人的能力，重點以應用型產品為導向，闖出一條真正中國特色的、世界公認的，從原始創新到應用轉化的新路。以AIE材料學研究為基石，不斷向外拓展生物學、醫學、環境 學等應用，整合設備製造、智能分析和大數據云平臺資源等，帶領中國由製造走向創造，切實滿足人們生活生產需求，打通科技成果轉化落地的最後一公裡。
五、未來計劃：技術落地的三大方向
（一）高效率光電轉化材料和器件
目前行業面臨的問題是設備買得起，材料則被國外壟斷，價格高企；擬從以下四步驟開發應用。
第一步：OLED材料篩選
篩選合適的AIE材料體系及匹配材料等穩定性評估，明確專利所屬權和技術轉移分配，包括發光材料類、匹配空穴電子材料類、陰陽極材料類等，儘量避免商用專利幹擾。
第二步：產線性能評估及工藝初步參數確定
採用工業器件結構，製備大尺寸和頂發射器件，從而取得產線性能分析，得到重複性高及穩定的數據參數。
第三步：中試生產線參數及連續性能評估
篩選材料批量合成與純化，獲取大規模生產線工藝參數，用作考慮融資等商業化操作的基礎。
第四步：孵化企業
與OLED企業籤訂採購合同，完成進口產品替代。
（二）高靈敏度的智能傳感材料和器件
行業面臨問題是核心檢測材料具選擇性，以及配套檢測設備和耗材脫節，實落要分三個階段進行。
第一步：確定應用場景及材料選擇和測定對象形式
進行專利調查及轉移。場景包括：玻璃化轉變溫度的確定；食物農殘含量測定，如金屬，有機物等；環境中VOC（如甲醛等）的監測；特定疾病的靶向物監測，如全血、血漿、組織切片等。
第二步：配伍AIE材料體系與檢測手段及形式
建立全球AIE材料及性能平臺及專利庫，篩選材料體系及驗證，肯定其重複性和穩定性；常規光學檢測方式配伍，如氣態/液態；折射率/光強/光色；自動/手動等；光譜採集及算法優化軟硬體，包括圖像識別、高光譜分析、雲端數據傳輸等。
第三步：初步集成及樣機穩定性測試及反饋
當技術成熟度及市場估值顯著，可以孵化和融資等商業化操作。
（三）高解析度和對比度的成像和示蹤材料及器件
目前行業面臨的問題，是生物螢光探針領域，包括高附加值和關鍵性材料被壟斷。
第一步：針對不同生物應用場景篩選材料體系，進行專利篩選及傳遞
完善全球AIE材料及性能平臺及專利庫建立，篩選材料體系及驗證；集中開發選擇性細胞器示蹤探針、雙光子及遠紅外探針、納米粒子及相關包覆技術等。
第二步：批量生產生物探針及穩定性控制，試劑包裝、貯存運輸等技術
穩定批量有機螢光量子點製備，包括：微流控技術、渦流循環技術、擠壓技術的設備開發。就不同形態，如固態、液體、懸浮液的產品，控制其穩定性，調節合適的貯存條件、包裝形式及冷鏈運輸方案。
第三步：生物探針市場培養及推廣
現已成功銷售予深圳艾伊津有限公司及 Sigma-Aldrich公司。其中艾伊津生物科技，是第一家公司獲得科大專利授權，基於生產AIE材料，提供創新的生物成像方案，以解決現有商業螢光材料所面臨的種種問題。
第四步：建立專屬耗材大型儀器的開發及分析平臺
一方面建立超高深多光子成像系統及光學平臺，另一方面成立臨床檢驗技術轉化中心。
（四）專用試劑及設備的開發
由於有些行業的特殊性，訴求獨特，普遍性的試劑設備難以介入；AIE材料靈活多變，可以應用至以下三個特殊行業：
1、高解析度指紋採集材料及快速甄別技術
固態指紋粉已進入市場推廣，合作夥伴包括刑偵科技產品商廣州市鷹洲科技有限公司；其他同類產品還有：噴霧式指紋泡沫及長波段指紋激發材料，可避免UV燈激發，保障警員安全；以及傻瓜式穩定採集系統及雲端連結和快速甄別系統。
2、衝拭潛血識別材料及圖像採集系統
產品包括可大面積噴灑的潛血識別泡沫，價格低、無毒，更可選擇性成像，適用於人源與動物源；另外，我們與中國政法大學證物中心合作，開發持久性顯示及高解析度成像。
3、基於AIE材料的毒品傳感晶片及快速分析儀
檢測醉酒駕駛的工具很普及，然而毒後駕駛的禍害不比醉駕低，卻沒有實時的吸毒測試劑，為道路安全帶來危機。採用AIE材料，配合核酸適配體與特定種類毒品的選擇性結合，可驗出海洛因、嗎啡、可待因等；另外，陣列式毒品傳感晶片及數據採集系統的開發，可從血液、呼氣或體液測試司機有否吸毒。在搗破毒犯的現場，由AIE材料發展而來的設備集成，以及相關便攜化和耗材研製，方便實地調研。
總的來說，將AIE材料從產品轉化為真正落地的應用方案，「新材料」及「新設備」要兩條腿走路。一方面拓展AIE原料和試劑等高附件值的商品的銷售領域和渠道，打破國外品牌在螢光探針領域的壟斷地位；同時，在現有設備基礎上，開發可替換國外產品的檢測耗材和試劑盒等，走出國外控制檢測領域相關長期耗材的困境，改變「以藥養醫」 的策略，爭取未來競爭的主動權。
在新設備方面，重點圍繞AIE研究和應用所需的設備，整合材料製備、採集數字 化、檢測分析和設備集成等領域的資源，系統開發出具有實際應用功能的AIE專用設備，取代目前市場佔有的外國品牌，並通過自主培養和成立聯合實驗室等策略，加快現有檢測設備更新換代的產業化力度。
將AIE產業化的合作模式有三：一是成立聯合實驗室計劃，適合有長遠投資計劃，樂意共享成果的投資者；其二是股份合資公司模式，以明確的項目及清晰股比分配，建立合作關係；三是特定AIE項目支持，以產出量為明確目標。
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