2020年是Staudinger博士提出高分子這個(gè)概念的第一百年。為了紀(jì)念這個(gè)高分子領(lǐng)域的首個(gè)百年，美國化學(xué)協(xié)會(huì)的高分子頂級(jí)期刊《ACS Macro Letters》推出了高分子科學(xué)百年的專題系列（100th?anniversary of macromolecular science viewpoint）, 并邀請(qǐng)了行業(yè)內(nèi)各個(gè)研究方向的專家學(xué)者對(duì)相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行了回顧和展望。
該系列的最新一期是由美國南密西西比大學(xué)的Qiang Zhe 教授以及西北大學(xué)的Wang Muzhou教授聯(lián)合撰寫完成。兩位教授各自帶領(lǐng)的課題組團(tuán)隊(duì)均主攻于熒光技術(shù)在高分子科學(xué)與工程中的應(yīng)用。文章首先探討了熒光相關(guān)的表征技術(shù)的機(jī)理和應(yīng)用場景，然后詳細(xì)介紹了單分子超高清熒光顯微鏡對(duì)于近十余年高分子的深遠(yuǎn)影響。最后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷交替進(jìn)步與發(fā)展，他們還對(duì)該領(lǐng)域?qū)τ谙乱粋€(gè)高分子百年的貢獻(xiàn)進(jìn)行了展望。
分子的熒光原理其實(shí)是一個(gè)相對(duì)簡單易懂的物理現(xiàn)象：當(dāng)一個(gè)分子吸收某個(gè)波長的入射光之后進(jìn)入了激發(fā)態(tài)，而在退激發(fā)的過程中發(fā)射出了熒光并且自然的回到了之前的穩(wěn)定態(tài)。熒光的強(qiáng)度和波譜會(huì)因?yàn)榉肿又車{米級(jí)的環(huán)境而被影響。因此，熒光技術(shù)的運(yùn)用在高分子科學(xué)中是多個(gè)維度和層面，不僅有著廣泛的材料應(yīng)用（如熒光顯色劑），更可以表征高分子鏈段的局部物理性質(zhì)以及高分子的納米結(jié)構(gòu)。
曾幾何時(shí)，科學(xué)家們堅(jiān)信光學(xué)顯微鏡是無法清晰的觀察到150納米以下的材料結(jié)構(gòu) （“optical diffraction limitation”），然而單分子超高清顯微鏡的發(fā)明（2014年被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）徹底打破了這個(gè)曾經(jīng)對(duì)于光學(xué)表征局限性的理解。通過不同的物理，化學(xué)手段和顯微鏡技術(shù)的提高，如今熒光顯微鏡的分辨率最高可到達(dá)5納米甚至更小。這個(gè)領(lǐng)域比較代表性的貢獻(xiàn)和發(fā)明包括Eric Betzig團(tuán)隊(duì)的光敏定位顯微鏡(photoactivated localization microscopy,PALM), Stefan Hell團(tuán)隊(duì)的受激發(fā)射損耗熒光顯微術(shù)?(stimulated emission?depletion microscopy,STED), ?W.E. Moerner團(tuán)隊(duì)的單分子定位顯微鏡?(single-molecule localization microscopy,SMLM)，以及華人科學(xué)家莊小威團(tuán)隊(duì)的隨機(jī)光學(xué)重建顯微法(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM)。雖然類似技術(shù)已在生物學(xué)科和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域慢慢普及，對(duì)于高分子學(xué)科而言，熒光技術(shù)的貢獻(xiàn)正在冉冉升起，并且更多的是集中在最近的這十年。
舉例而言，超高清技術(shù)正被用來觀察嵌段共聚物薄膜狀態(tài)的形貌，超分子的納米纖維結(jié)構(gòu)，分子結(jié)晶驅(qū)動(dòng)的自組裝結(jié)構(gòu)以及單根高分子鏈段的結(jié)構(gòu)特征等等。這些研究證明了熒光顯微鏡技術(shù)作為一個(gè)非常溫和的表征手段，在不傷害材料本身的性能以及化學(xué)性質(zhì)的情況下，得到了可以和傳統(tǒng)透射電鏡以及原子力顯微鏡相媲美的高清晰度。
除此之外，熒光顯微鏡技術(shù)還提供了很多普通的材料形貌結(jié)構(gòu)表征手段無法輕易得到的物理信息。這其中就包括了：1）單根高分子的分子鏈取向，并用來研究分子層面的各項(xiàng)異性的行為；2）高清晰的三維形貌掃描，對(duì)材料納米尺度的結(jié)構(gòu)有全面的認(rèn)知和表征；以及3）單分子或者納米結(jié)構(gòu)的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅可以得到每個(gè)分子的彌散系數(shù)等性質(zhì)，也可以用來研究在加工過程中，納米層面的殘缺點(diǎn)是如何被移除和消滅的。這也從而實(shí)現(xiàn)了高分子科學(xué)家們的一個(gè)理想-“visualizing self-assembly processes”。定量化的在線觀察和分析如何去除納米級(jí)殘缺點(diǎn)對(duì)于如今正火的半導(dǎo)體芯片技術(shù)以及對(duì)應(yīng)的大規(guī)模生產(chǎn)也是非常重要的。
在文章的末端，兩位作者也提供了一些對(duì)于這個(gè)研究領(lǐng)域未來發(fā)展可能性的思路和暢想。其中就包括了如何進(jìn)一步提高顯微鏡技術(shù)的分辨率，如何運(yùn)用一些最新的熒光分子（比如AIE，或者mechanophores）去表征更為復(fù)雜的材料性能，以及與其他先進(jìn)表征手段相結(jié)合的機(jī)會(huì)和可能性。最后，他們也提到了作為一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，熒光顯微鏡技術(shù)在高分子領(lǐng)域的突破發(fā)展需要光學(xué)，物理，化學(xué)等各行各業(yè)的專家一起貢獻(xiàn)完成。對(duì)于這一個(gè)正在迅速發(fā)展的領(lǐng)域，完全有理由期待他們?cè)诟叻肿游磥淼淖兊酶拥闹匾陀幸饬x。
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