化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)榜單發(fā)布，我國(guó)引領(lǐng)兩項(xiàng)

日前，國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）正式公布2020年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)（Top Ten Emerging Technologies in Chemistry）評(píng)選結(jié)果，特別值得關(guān)注的是，本次評(píng)選結(jié)果中有兩項(xiàng)是由我國(guó)科學(xué)家們引領(lǐng)的新興方向。

IUPAC公布2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)

2019年，IUPAC介紹了化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)。這一倡議不僅是為了紀(jì)念I(lǐng)UPAC的100周年，也是為了紀(jì)念門(mén)捷列夫最著名的化學(xué)符號(hào)首次出版150周年的元素周期表國(guó)際年。每一年，化學(xué)領(lǐng)域都會(huì)推出十大具有巨大潛力且創(chuàng)新的新興技術(shù)，而這些將改變目前的化學(xué)和工業(yè)格局。

化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)也符合聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）。所選的技術(shù)將使我們的世界變得更美好，使我們的資源得到更周到的利用，有利于更有效的轉(zhuǎn)型，并在新材料、更高效的電池、極其精確的傳感器和個(gè)性化醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域提供更可持續(xù)的解決方案。

2020年10月7日，IUPAC在其官網(wǎng)公布了“2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。這十大新興技術(shù)依次是：雙離子電池（Dual－ion batteries）、聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation－induced emission）、微生物組和生物活性化合物（Microbiome and bioactive compounds）、液體門(mén)控技術(shù)（Liquid gating technology）、更利于塑料回收的大分子單體（Macromonomers for better plastic recycling）、高壓無(wú)機(jī)化學(xué)（High－pressure inorganic chemistry）、人工智能（Artificial intelligence）、納米傳感器（Nanosensors）、核糖核酸疫苗（RNA vaccines）和快速診斷測(cè)試（Rapid diagnostics for testing）。

我國(guó)引領(lǐng)兩項(xiàng)新興技術(shù)方向

特別值得關(guān)注的是，本次評(píng)選結(jié)果中有兩項(xiàng)是由我國(guó)科學(xué)家們引領(lǐng)的新興方向：華南理工大學(xué)／香港科技大學(xué)唐本忠教授等人提出的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”和廈門(mén)大學(xué)侯旭教授等人提出的“液體門(mén)控技術(shù)”。另外，湖南大學(xué)魯兵安教授團(tuán)隊(duì)和韓旭教授團(tuán)隊(duì)首個(gè)基于雙離子機(jī)制運(yùn)行的軟包電池模型（“雙離子電池”技術(shù)領(lǐng)域），以及北京高壓科學(xué)研究中心對(duì)于高壓環(huán)境下的最新監(jiān)測(cè)技術(shù)（“高壓無(wú)機(jī)化學(xué)”技術(shù)領(lǐng)域）受到了評(píng)審委員會(huì)的關(guān)注和報(bào)道。

聚集誘導(dǎo)發(fā)光

當(dāng)今，有機(jī)發(fā)光材料已經(jīng)在發(fā)光二極管和生物成像技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常，這類(lèi)材料含有大量的芳香基元，但其在高濃度下傾向于堆疊，從而導(dǎo)致熒光猝滅，這一效應(yīng)被稱之為聚集導(dǎo)致發(fā)光猝滅。

早在2001年，唐本忠教授團(tuán)隊(duì)就觀察到了一個(gè)與之相反的現(xiàn)象：某些分子在稀溶液中發(fā)光微弱，但堆積后發(fā)光顯著增強(qiáng)，并稱之為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）。盡管這一現(xiàn)象報(bào)道之初，并沒(méi)有引起足夠的關(guān)注，但目前已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，AIE改變了人們對(duì)發(fā)光材料的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。分子的“形狀”是理解這一效應(yīng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的發(fā)光分子不同，AIE分子呈現(xiàn)非平面的構(gòu)型，它們就像微型螺旋槳一樣，不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。但當(dāng)它們聚集時(shí)，旋轉(zhuǎn)大大抑制，從而能量以光的形式釋放出來(lái)。自從AIE概念提出以來(lái)，化學(xué)家們已經(jīng)制備了數(shù)類(lèi)具有這種效應(yīng)的化合物，其中包括經(jīng)典的多環(huán)芳烴化合物和有機(jī)金屬?gòu)?fù)合物，以及聚合物、寡糖和納米粒子等。

AIE為發(fā)光材料的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路，AIE材料已經(jīng)在有機(jī)發(fā)光二極管、傳感器和新型生物成像技術(shù)等方面得到了應(yīng)用。實(shí)踐證明AIE材料在光電器件、熒光傳感器、生物成像等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。聚集誘導(dǎo)發(fā)光是中國(guó)原創(chuàng)的、耕植于祖國(guó)大地的新興技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年5月31日，全世界共有145個(gè)國(guó)家約12000家單位從事該技術(shù)的相關(guān)研究工作。作為聚集誘導(dǎo)發(fā)光研究的全球引領(lǐng)者，唐本忠院士立足于當(dāng)今時(shí)代浪潮，致力于將聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基礎(chǔ)研究進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

液體門(mén)控技術(shù)

使用液體作為結(jié)構(gòu)材料來(lái)建造響應(yīng)式閥門(mén)的想法聽(tīng)起來(lái)有些不可思議。然而，在2015年，由侯旭等人首次提出的“液體門(mén)控”這個(gè)新概念，并在最近的幾年，逐漸將該原創(chuàng)概念發(fā)展成形，讓這個(gè)想法成功地走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

通常來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)液體膜體系的作用機(jī)理在于兩相界面上濃度或電位的化學(xué)勢(shì)差異，而液體門(mén)控膜的作用機(jī)理則依賴于毛細(xì)管作用對(duì)壓力變化所產(chǎn)生的響應(yīng)。通過(guò)液體的動(dòng)態(tài)重構(gòu)與可逆恢復(fù)，液體門(mén)控體系可以實(shí)現(xiàn)孔道的開(kāi)關(guān)功能以及可調(diào)的壓強(qiáng)控制性能；通過(guò)對(duì)膜孔道的修飾和門(mén)控液體的選擇，可實(shí)現(xiàn)門(mén)控體系對(duì)所傳輸物質(zhì)的物理或者化學(xué)響應(yīng)。結(jié)合以上兩種特性，液體門(mén)控技術(shù)就可以對(duì)所通過(guò)的物質(zhì)包括氣體，液體以及多相混合液體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分離，并且它具有優(yōu)異的抗污染和節(jié)能等性能，有望大幅延長(zhǎng)膜材料的使用壽命，提高傳統(tǒng)膜系統(tǒng)的普適性，這對(duì)膜科學(xué)與技術(shù)、微流控等多個(gè)交叉學(xué)科的發(fā)展帶來(lái)了具有里程碑式的意義。因此，專(zhuān)家們認(rèn)為這項(xiàng)新興技術(shù)將在大規(guī)模過(guò)濾和分離過(guò)程中起到非常重要的作用。

同時(shí)，液體門(mén)控技術(shù)被認(rèn)為可以加速實(shí)現(xiàn)“聯(lián)合國(guó)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)6”的計(jì)劃，該計(jì)劃旨在確保人人都能獲得清潔用水和衛(wèi)生設(shè)施；并且，液體門(mén)控技術(shù)不需要消耗電能，可以節(jié)約傳統(tǒng)技術(shù)所需要的巨大能量消耗。侯旭教授課題組引領(lǐng)的液體門(mén)控技術(shù)的研究在許多其它的領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，比如化學(xué)傳感檢查，生物3D打印和微流控芯片等。盡管液體門(mén)控技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，但已經(jīng)被認(rèn)為是有望迅速擴(kuò)大規(guī)模，并被國(guó)際化工的龍頭企業(yè)所采用的變革性技術(shù)。

未來(lái)化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展

此外，今年的世界正面臨前所未有的挑戰(zhàn)新冠病毒疫情無(wú)疑在全球范圍內(nèi)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。在這場(chǎng)全球新冠病毒的抗?fàn)幹?，化學(xué)家們扮演著關(guān)鍵的角色，從肥皂、清水到測(cè)試、新藥物，化學(xué)將是戰(zhàn)勝這一威脅的重要武器。所以“快速診斷測(cè)試”、“核糖核酸疫苗”技術(shù)也入選到2020年“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。

化學(xué)為人類(lèi)提供了一套無(wú)限的工具，來(lái)重塑世界，使之成為一個(gè)更安全、更可持續(xù)的未來(lái)。從設(shè)計(jì)更有效的測(cè)試方法到開(kāi)發(fā)成功的治療方法，化學(xué)將是應(yīng)對(duì)當(dāng)前COVID－19大流行的核心。COVID－19大流行是人類(lèi)社會(huì)在過(guò)去幾十年里面臨的最困難的挑戰(zhàn)之一。此外，人類(lèi)在阻止冠狀病毒的傳播并為有需要的人提供醫(yī)療服務(wù)的同時(shí)，必須謹(jǐn)記即將出現(xiàn)的其他威脅，如污染、氣候變化和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等?；瘜W(xué)科學(xué)的創(chuàng)新對(duì)于實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)制定的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）中的大多數(shù)目標(biāo)至關(guān)重要，這些目標(biāo)旨在促進(jìn)繁榮，同時(shí)保護(hù)地球。這與IUPAC的主要使命完全一致，即為人類(lèi)和世界的最大利益應(yīng)用和傳播化學(xué)知識(shí)。這個(gè)新版本的十大新興化學(xué)技術(shù)保持了同樣的精神，促進(jìn)化學(xué)保護(hù)社會(huì)和人類(lèi)的地球的基本作用。
責(zé)編AJX