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劉丹:香港中文大學(深圳)的追「光」女孩

2024-06-28科學

功以才成,業由才廣。近年來,深圳市大力實施人才強市和創新驅動戰略,加大高層次人才引進培養力度,湧現出了一批敢於拼搏、勇挑大梁的優秀博士後,在推動創新發展、促進產學研合作、加快科技成果轉化、助力企業提升核心競爭力中貢獻了「博士後力量」。為集中展示博士後良好風貌,深圳市博士後聯誼會特推出「優秀博士後風采」系列主題宣傳,進一步營造「愛才敬才惜才」的濃厚氛圍,期望廣大博士後以優秀博士後為榜樣,在深圳「雙區建設」中貢獻更多的「博士後力量」。

本期嘉賓

劉丹,香港中文大學(深圳)博士後,博士畢業於東南大學,以第一/共一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Aggregate、Chem. Sci.等期刊發表論文10篇。主持國家自然科學青年基金、中國博士後面上專案、深圳市博士啟動專案各1項,作為主要成員參加國自然重點專案、國自然面上專案、深圳市面上專案、深圳市國際科技合作專案等專案若幹。

研究方向為圓偏振發光分子及聚集體的構效關系研究與套用探索,具體包括圓偏振熒光/磷光分子的設計合成,各種不同形貌聚集體的構築並研究其對圓偏振發光性質的影響,以及在圓偏振有機發光二極管(CP-OLED)及低背景生物成像等領域的套用。

開篇:邁入科研的第一步

劉丹博士期間在東南大學學習材料科學與工程專業,她懷揣著對科學的熱忱奔赴深圳開展博士後研究,加入了香港中文大學(深圳)唐本忠院士的團隊,轉而投身圓偏振AIE材料的研究。盡管新的研究領域與之前的博士課題有所不同,但劉丹憑借紮實的有機合成功底和豐富的實驗方法積累,迅速適應了新的挑戰。在科研的每一個階段,她都面臨著器材不足、資金緊張等問題。但是,透過不懈努力和團隊的支持,她一次又一次地克服了這些難關,將科研成果成功轉化為實際套用。

科研歷程:從基礎到套用的探索

博士後期間,在香港中文大學(深圳)唐本忠院士的指導下,轉向了圓偏振AIE材料的研究。在這一新領域,她透過自身的努力和團隊的支持,解決了多個關於復雜流體動力學的科學問題。她的研究不僅填補了學術空白,還對實驗方法和器材進行了創新,大大提高了實驗的效率和精確度。

有機圓偏振磷光(CPP)材料具有大斯托克斯位移,長壽命及在電致發光過程中更高的三線態激子利用率等特點,在高對比度平板顯視器、三維顯示、光學數據儲存、資訊儲存和處理、安全油墨和生物探針等領域均有潛在的套用前景[1,2]。然而與圓偏振熒光(CPF)相比,由三線態激子輻射的磷光對氧氣很敏感,且易受振動和旋轉的非輻射弛豫影響,因此有機圓偏振磷光材料相關文獻仍少有報道,且其磷光性質非常依賴於聚集狀態。而唐本忠院士提出的聚集誘導發光(AIE)概念則可以很好地與CPP相結合,開發高效的CPP 材料也逐步發展為有機發光領域一個新的研究熱點。

劉丹開發了一對手性對映體R/S-BBTI,其由高度畸變的螺旋鎖環雜芳烴構成。這些手性分子發出近紅外磷光,在二甲亞碸(DMSO)溶液中紫外照射後表現出相當高的不對稱因子,效率高達0.013,效率為4.2%,壽命為119 μs。晶體具有7.0%量子效率和166 μs壽命的高效CPP,這是首例可以實作溶液和聚集態下的圓偏振近紅外磷光發射的分子。廣泛的實驗和光物理研究結合理論計算揭示了一個有效的自旋翻轉過程,該過程可以調節電子和磁躍遷偶極矩以提高CPP的效能。此外,R/S-BBTI的磷光具有氧敏感性和光活化性,在細胞和腫瘤的磷光乏氧成像等領域展現了潛在的套用前景。

科研成就:推動領域的創新與進步

她的工作開辟了使用高效圓偏振磷光材料在生物醫學成像和先進制造中的新途徑。劉丹開發的材料在國際上得到了認可,她的成果在多個頂級期刊上發表,並在國際會議上受到了廣泛關註。這些成就證明了她的研究在全球科學界的重要性和套用前景。

在全新的實驗環境下,劉丹開展了一項與博士研究截然不同的課題,這無疑帶來了諸多挑戰。首先,圓偏振AIE分子的設計合成要求她不斷摸索並最佳化實驗路線。隨後,她需要進行相關的光物理測試和理論計算研究,但這一階段經常遭遇材料效能未達到預期、理論計算結果不符等困境,這些不斷推翻重來的實驗讓她倍感挫敗。在研究材料在生物成像的套用時,高精端儀器的缺乏和未涉獵領域的知識匱乏使她感到力不從心。然而,她深知科研就是一場苦行,需要堅定的意誌和信心才能一步步前行。她不畏艱難,勇敢試錯,透過反復實驗,不斷開發新型的圓偏振發光材料,並在這些分子中尋找規律,最終篩選出最優發光分子。充分利用了深圳市各大高校的儀器平台,成功解決了測試問題。隨後,她積極與團隊中的優秀博士生、博後及合作導師溝通合作,大家各自發揮所長,進行學科交叉融合。經過不懈的努力,她和團隊成功制得了高效的溶液和聚集態下的圓偏振磷光分子,並將其成功套用於HeLa細胞的磷光成像及小鼠的腫瘤乏氧成像。

科研旅程:劉丹博士在唐本忠院士團隊的跨學科協作與成長

劉丹博士在博後階段加入唐本忠院士的港中深團隊,經歷了從組建實驗室到如今近百人的科研團隊的快速成長,短短兩年期間不僅參與專案申報和實驗室建設,還積極參與科研文稿的審稿和編寫。在團隊合作的支持下,她在科研道路上積累了寶貴的經驗。這些工作既是挑戰,也是成長的階梯。在這個過程中,團隊的教授們如同明燈,照亮前行的道路,大家分工合作,相互扶持,共同高效完成了眾多科研專案。這些經歷都是日後獨立科研道路上,實驗室建設、專案申報、文章準備等工作中最寶貴的財富。每周的團隊例會成為學術交流的平台,帶動了跨學科的合作與創新。目前,團隊已成功建立了深圳市分子聚集體科學重點實驗室及港中深第二附屬醫院AIE臨床轉化中心,劉丹與團隊成員一起在這些平台上展開深入研究。

劉丹博士認為,科研之路並非孤軍奮戰,合作是推動科研發展的關鍵。她的經歷證明了團隊合作在解決復雜科學問題中的重要性,這旅程雖充滿挑戰,但也帶來了成長與洗禮。

博後寄語

科研的過程從來都不是輕輕松松的,你要打敗很多很多迷茫、委屈、懶惰、軟弱的自己,你可能隨時要給自己打氣加油,管住那個想退縮的自己。在這個風華正茂的年紀,我們努力走下去,總會撥開雲霧見青天。願大家都挺身前行,迎接瑰麗絢爛的人生。