中國科學家引領，國外學者競相跟進！這一科研領域已成全球熱門前沿
2023-02-16 15:18:10
作者：科學網 來源：科學網
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聚集誘導發光（aggregation-induced emission, AIE）是一個由中國科學院院士唐本忠教授于2001年提出的新科學概念。具有AIE效應的材料，在分散態下發光微弱甚至不發光，聚集后發光顯著增強，呈現出顛覆傳統認知的光物理現象。AIE是我國科學家開拓的一個新領域，已經成為了化學、材料等領域的一個研究熱點。為了系統地展示AIE科研領域的發展歷程及最新研究動態，建立全面客觀的AIE知識庫，推動以AIE為技術基礎的產業創新與發展，國際權威科學出版社愛思唯爾（Elsevier）最近推出了《聚集誘導發光（AIE）2001–2021科研發展與影響力報告》（以下簡稱《AIE報告》）。愛思唯爾是一家國際馳名的信息和解析公司，是世界上科學、技術和醫學信息的主要提供者之一。愛思唯爾科研分析團隊借助其大型文獻數據庫，梳理了全球范圍內AIE研究領域相關專家學者、科研產出，分析解讀了AIE科學研究、技術研發與產業發展趨勢，通過詳實的數據統計和直觀的可視化圖表呈現了一份高價值前沿報告（點擊“閱讀原文”可免費獲取報告）。有機發光材料在光電器件、化學傳感、生物探針、醫學診療等眾多領域有廣泛的應用。然而，這些應用通常要求發光材料以微粒、膠束、薄膜、粉末等固態或聚集體形式存在。有機發光材料常因其聚集導致發光猝滅（aggregation-caused quenching, ACQ）效應，大大降低發光效率，從而限制其實際應用與技術發展。AIE概念的提出顛覆了ACQ的傳統認知，打破了傳統有機發光材料開發應用的一大桎梏，為高效發光材料的設計提供了一條新思路，構筑了一個發展固體發光材料的新平臺。自AIE概念提出，以唐本忠院士團隊為核心的科研人員在AIE領域開展了大量的研究工作，縱向深究工作機理、發展設計理念，橫向豐富AIE材料、拓展應用領域。過去20年是AIE研究的快速發展期，我國原創的AIE科技現已得到國際上化學、材料、生物、醫學等領域的科學家和產業界人士的廣泛關注。2001–2021年間，全世界約有76個國家/地區、2200余家科研機構、23900多名科研工作者從事AIE以及相關領域的研究工作（圖1）。
圖1 AIE研究遍布全球（數據源于Scopus，截至于2021年12月31日）此外，基于唐本忠院士團隊提出的、且受國際學術界普遍認可的分子內運動受限（restriction of intramolecular motion, RIM）工作機理，各式各樣的AIE基元（AIEgens）被不斷地開發出來。人們利用AIEgens在細胞示蹤、血管成像、疾病診療、信息顯示、智能材料、發光二極管、指紋檢測、爆炸物探測、有機光波導、細菌甄別、食品質量監測、化學傳感器等領域開展了大量的應用研究，揭示了AIEgens的巨大應用潛力（圖2）。現在，AIE已經發展成為一個由我國科學家引領、國外科學家競相跟進的全球熱門研究主題，完成了從新概念到新領域的進階，促進了研究哲學從還原論到整體論的范式轉移和聚集體科學的平臺構筑。由于AIE的學術原創性，國際引領性和巨大的產業化應用潛力，“聚焦誘導發光”項目榮獲2017年度國家自然科學獎一等獎（圖3），并獲2018年度國家自然科學基金委員會“基礎科學中心”項目資助。這份《AIE報告》主要包括：（1）AIE科研文獻發展情況、（2）AIE在各個學科領域發展情況、（3）AIE從基礎科研到產業轉化之路等內容。自2001年以來，AIE領域相關發文量逐年增加。截止2021年底，全球已累計發表AIE相關SCI論文8843篇，年均復合增長率為44.9%。近十年（2012–2021）更呈現高速增長狀態，發文數量占據已發表文章的95.8%（圖4）。這種增長趨勢仍在持續。僅2022年上半年，AIE相關論文便已經見刊1100多篇。在已檢索的AIE論文庫中，整體文章總引用次數大于304000次，均篇引用34.5次，并有4.6%的論文（410篇）位列全球1%高被引文獻，32.56%的論文（2,883篇）位列全球10%高被引文獻。以上數據說明AIE領域的科研產出普遍具有較高的科學價值和學術影響力，在科研界獲得較高關注與認可。圖4 AIE研究全球每年發文數量（2001–2021，基于Scopus數據庫全庫）目前，AIE材料已經廣泛應用到諸多學科領域。《AIE報告》分析了在全球范圍內AIE在各個學科領域發展的分布情況（圖5）。化學、材料科學、化學工程學是全球AIE科研文獻數量分布最多的學科領域，其次是物理學、天文學、生化、遺傳和分子生物學、工程學。隨著AIE在全球范圍內影響力的提升，在藥理學、毒理學、藥劑學、環境科學、能源、醫學等學科的研究熱度也在逐步上升。圖5 2012–2021年期間全球AIE發文量前十的ASJC學科以及學科發文量占比2011–2021年期間，全球AIE科研在多個熱門行業方向的發文量均有不同程度的增長，說明AIE科研不僅在全球多個科研前沿方向產出活躍，同時也帶動了AIE在不同行業的發展。圖6 全球AIE專利申請情況（檢索時間：2022/7/21；數據源：LexisNexis®PatentSight®）注：近兩年的專利數量由于專利申請公開延遲導致數據相對滯后，因此圖中專利申請數據大幅小于實際數據。從專利所屬的技術領域來看，當前AIE專利主要分布在化學、信息技術、醫療健康、電子等技術領域（圖6）。隨著AIE技術的不斷發展和成熟，AIE專利成果不斷增加，在2015年后進入快速增長期。經統計，AIE相關有效專利達1,600多件，其中中國專利占比92%，我國也成為了AIE產業的創新高地。值得一提的是，為了將我國原創性、引領性科技成果導入市場，推動AIE技術轉化研究和產業化落地，在廣州市科技局、廣州高新技術產業開發區管委會和華南理工大學三方的共同支持下，專職從事AIE的產學研推進工作的廣東省大灣區華南理工大學聚集誘導發光高等研究院（以下簡稱AIE研究院）于2020年5月正式建立。短短兩年時間，AIE研究院完成了科研耗材、功能微球、體外診斷、公共安全、光電轉化、功能材料六個研發中心以及公共儀器測試平臺的建設，并獲得了廣東省新型研發機構資質認定和專利快速預審通道機構認定，包括熒光探針、功能微球、毒品快檢試劑盒在內的多款產品已推向市場。此外，AIE研究院聯合華南理工大學與國際權威科學出版社Wiley創立了Aggregate（《聚集體》）期刊。該刊運行良好，于2021年獲廣東省高水平期刊項目資助，被全球最大的開放獲取期刊DOAJ數據庫和科睿唯安（Clarivate）的Web of Science核心合集ESCI收錄，在2022年科睿唯安發布的期刊引證報告（JCR）中位列三個學科的一區（Q1）。2023年，Aggregate將獲得首個影響因子，目前即時影響因子已超過17.5。二十年來，AIE研究發展迅速、成果豐碩。這份《AIE報告》是一部AIE研究的二十年征程巡禮，它從科研覆蓋領域的廣泛性、先進性和交叉性進行分析，從數字上客觀展現了AIE研究從量到質的蛻變與躍遷。這份《AIE報告》不僅對一線科研人員和領導決策層有參考價值，而且對AIE研究向產業轉化的戰略布局有指導意義。（1）AIE是一個由中國科學家開創并引領、國外科學家競相跟進的新興科研領域。該領域正在高速發展，并產生世界范圍的科研影響力。（2）AIE理論和應用研究橫跨化學、材料、光學、物理、生物、醫學等多個學科領域。在快速發展和交叉創新進程中，AIE研究不斷向多學科多領域擴展，在光電器件、化學傳感、健康醫療、智能響應等領域體現出巨大的應用潛能。（3）鑒于AIE在有機光電和生物醫療方面的廣泛應用，產學合作，成果轉化以及相應材料和器件產業化將是未來的主要發展方向。
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