功能染料研究：方兴未艾，未来可期

作者：张馨予

　　自古以来，人类对颜色一直保持着痴迷的追求，对颜色的运用伴随着人类的整个发展历程。作为颜色的载体，染料随着人类文明进步不断发展，染料学也成为科研与应用联系紧密的学科。在染料学中，与“传统染料”相对的一个名词是“功能染料”。 “功能染料”是针对染料潜在性能的一些前沿应用，包括荧光灯、荧光成像、胶片增感、光电材料、太阳能电池、医药研究等。

　　华东理工大学药学院杨有军教授的主要工作就与“功能染料”有关。杨老师的主要研究方向是面向生物医学领域应用的功能染料开发，他的一些研究工作发表在《Nat. Commun.》，《PNAS》，《JACS》，《Angew》，《Chem. Sci.》，《Org. Lett.》，《Anal. Chem.》，《Chem. Comm.》等本领域较高影响学术期刊上，部分工作还曾被ACS旗下C&EN News以及《科学》子刊《Sci. Transl. Med.》等报道。

　　近日，仪器信息网有幸走进杨有军教授实验室，请其分享了染料学的五彩发展历史、功能染料研究状况及其在生物医学中的应用，以及结合自己的研究历程细谈该领域的相关技术等。

　　染料学科的应用与发展：人类对颜色的痴迷追求

　　最早的自然染料为无机染料，从新石器时代开始便已得到广泛应用。以中国出土的大量新时期时代陶器为例，这些陶瓷上的红、蓝、黄等色彩，使用的就是无机染料褐铁矿、赤铁矿等。

　　国内部分早期无机颜料应用

　　商朝甲骨文、秦兵马俑、古人字画、唐三彩、元朝青花瓷等也都使用了朱砂、汉紫、汉蓝、炭黑、钴、铜、铁、钴盐等无机颜料。

　　国外部分早期无机颜料应用

　　采访中杨有军老师还分享了一则国外早期无机颜料的故事，颇为有趣。文艺复兴时期，画家常用一种由青金石制作的蓝色颜料。但由于青金石主要产自阿富汗山区，开采不易，且离欧洲路途遥远，因此这种蓝色颜料非常稀缺。米开朗琪罗的知名画作“埋葬”，之所以右下角缺失圣母玛利亚的人物像，就是由于当时他缺少青金石颜料来绘制圣母玛利亚的蓝色外套。为了解决这种稀缺问题，1704年，迪斯巴赫引入铁氰化钾与氯化铁处理成蓝色颜料(普鲁士蓝)，虽然色调与青金石相比较暗，但至少为画家们提供了可稳定供应的蓝色颜料，梵高在其画作 “星空”中就大量使用了这种颜料。直到1826年，青金石实现人工合成，这才彻底解决了画家对这种高品质蓝色颜料的需求。

　　可惜无机颜料无法给服装着色。在生产实践中人类逐渐学会了从天然植物中提取出有机染料给衣物上色，比如著名的骨螺紫和靛蓝等染料。玛雅人还把靛蓝和当地的一种土混在一起，制作出玛雅蓝。

　　2006年，美国电影《启示录》片段中，玛雅人抓到敌人后会在其身上涂一层玛雅蓝。

　　1856年的英国，18岁的威廉·铂金在尝试合成奎宁的实验中偶然合成了一种紫色的染料——苯胺紫，并在很短的时间内将其产业化。这是第一个实现商业化的人工合成染料，标志着人类开始进入合成染料时代。

　　威廉·铂金与其发明的苯胺紫染料

　　但是无论是无机染料、有机染料，亦或是合成染料，人们主要利用其能吸收光并产生颜色这一性质拓展染料应用，我们称为传统染料。随着科技的发展，人们发现染料吸收光后会进入高能态，高能态下染料又可以通过发光或发热的方式释放、传递能量。基于这个性质，染料的功能也得以突破，并进一步产生了很多新技术及应用，比如荧光增白、生物成像、光热治疗、光动力治疗、太阳能电池、有机光催化反应等，这就是我们常说的功能染料了。传统染料和功能染料的区别也在于此。

　　传统染料及功能染料的应用领域

　　功能染料研究：多学科的交叉合作