聚集诱导发射：过去、现在与未来

聚集诱导发光（AIE）机制揭示分子运动受限引发发光现象，其扩展至聚集生成功能（AGF）通过调控激发态能量实现光热、光声和光催化等新功能。聚集科学（AS）提出从分子特性转向聚集体系功能研究的范式转变，为开发智能材料及理解生命多尺度系统提供新视角。

　　

概述

几个世纪以来，“整体等于部分之和”的还原论观点一直指导着科学研究，尤其是在材料设计领域。然而，自然界往往违背这一逻辑：一个整体（聚合体）可能会展现出其单个组成部分所完全缺乏的新特性。聚集诱导发射（AIE）正是这种“异常现象”的典型例子：原本不发光的分子在聚集后开始发光，实现了从无到有的质变，这挑战了还原论的观点，并为我们提供了一个独特的视角来理解新特性的产生。

自2001年这一概念被提出以来，人们逐渐认识到AIE的机制源于激发态下分子运动的受限。在稀溶液中，分子的旋转和振动通过主动运动耗散激子能量，导致非辐射衰减。而当分子聚集时，这些运动受到分子堆积和非共价相互作用的限制，阻碍了非辐射途径的进行，从而开启了辐射途径。这一机制性的理解推动了AIE领域的大量研究，并将其扩展到了一个包含多种聚集诱导发光系统的研究平台，如团簇发光（CL）、室温磷光（RTP）和圆偏振发光（CPL）——这些现象在单独的分子成分中并不存在，只有在聚集后才会出现。

随着对AIE认识的不断深入，研究重点逐渐转向了聚集产生的功能（AGF）。从这个角度来看，之前被视为会降低发光效率的分子运动，现在可以被利用来通过旋转和振动将激发态能量转化为热能。通过将原本用于发光的激子能量引导到非辐射衰减途径中，我们可以设计出具有光热（PT）、光声（PA）和光催化（PC）功能的聚集体。这些新功能为应用开辟了新的可能性，包括太阳能转换、高分辨率深组织成像以及“智能”驱动技术。

从偶然发现AIE到系统研究AGF，该领域的进展使科学研究的焦点从孤立分子转向了复杂聚集体。随着对决定新特性产生原理的阐明，人们逐渐意识到需要一种范式的转变——从分子论转向聚集论，或从分子科学转向聚集科学（AS）。在聚集论的指导下，聚集科学研究分子如何通过非共价相互作用和层次化组织产生其单个组成部分所不具备的宏观功能。值得注意的是，我们使用的材料以及我们周围的生命体都是聚集体。这种从聚集体层面出发的视角促进了具有复杂功能的新系统的开发（例如先进的多模态诊疗技术），并加深了我们对生命的理解——生命本身就是一个典型的多组分系统，其中无生命的生物分子通过聚集形成了生命体。

在本文中，我们详细阐述了从AIE到AGF，再到聚集科学（AS）的知识发展轨迹。我们总结了指导原则，并指出了未来的研究方向，包括从单一组分系统向多组分系统的转变、从静态结构到动态过程的转变，以及从描述性聚集科学研究向规范性聚集工程设计的转变。对聚集科学的深入理解将促进新的科学发现和技术创新，让我们能够设想一个不仅由物质构成，而且具备类似生命特性的未来世界。