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  近日，南京林業(yè)大學蔡旭敏教授、王石發(fā)教授和香港中文大學（深圳）唐本忠教授、浙江大學張鑒予研究員合作，利用松香基天然電子受體構(gòu)建了具有扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）特性的林業(yè)生物基聚集誘導發(fā)光（BioAIE）材料，并解釋了多晶型體系中細微結(jié)構(gòu)（<0.01 ?）差異可實現(xiàn)對熒光性質(zhì)的精準調(diào)控，最終將其應用于多重模式的信息加密與解密。

  2025年12月15日，相關(guān)成果以“From nature-inspired electron acceptors to BioAIE materials with polarity- and polymorphism-dependence for anti-counterfeiting”為題發(fā)表于英國皇家化學會旗艦刊物《Chemical Science》。

  歷經(jīng)25年的持續(xù)探索，聚集誘導發(fā)光（AIE）材料研究領(lǐng)域已取得巨大發(fā)展。天然生物質(zhì)材料憑借其出色的可再生特性、良好的生物相容性以及獨特且豐富的骨架結(jié)構(gòu)，為AIE材料的創(chuàng)新發(fā)展開辟了更廣闊的前景，助力AIE和生物質(zhì)材料兩個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙贏”。該研究以脫氫樅酸-喹喔啉（DAQx）作為生物基電子受體平臺，不僅構(gòu)建了D-A型BioAIE材料體系，而且闡明了共軛效應與扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）強度對分子堆積和發(fā)光性質(zhì)的協(xié)同調(diào)控機制，實現(xiàn)了精細結(jié)構(gòu)差異對宏觀性能的精準調(diào)控。總而言之，松香結(jié)構(gòu)的引入不僅賦予了材料多重刺激響應性能，更為天然產(chǎn)物在可持續(xù)智能材料領(lǐng)域的創(chuàng)新利用開辟了新途徑。

  蔡旭敏等人以生物質(zhì)來源的脫氫樅酸-喹喔啉（DAQx）作為電子受體平臺，通過與三苯胺類給體單元耦合構(gòu)建了D-A型聚集誘導發(fā)光（AIE）體系（DAQx-H、DAQx-Bz、DAQx-BP），系統(tǒng)研究了共軛效應與分子堆積模式在聚集態(tài)下對發(fā)光性能的協(xié)同調(diào)控機制。尤為重要的是，在DAQx-BP的多晶型體系中，實現(xiàn)了由微小結(jié)構(gòu)差異（<0.01 ?）所觸發(fā)的綠色與黃色雙色熒光轉(zhuǎn)變。實驗結(jié)果表明，該類D-A型刺激響應材料具有顯著的溶劑效應、酸堿刺激響應性及同質(zhì)多晶特性，可實現(xiàn)單分子態(tài)與聚集態(tài)下的雙模式智能防偽應用。

圖1. (a) 松香衍生D-A型材料的分子設(shè)計；(b) 分子和聚集態(tài)的動態(tài)加密與解密應用

  研究表明DAQx體系呈現(xiàn)出典型的TICT-AIE特性，這歸因于三苯胺轉(zhuǎn)子單元的引入，使其在單分子狀態(tài)下具備活躍的分子內(nèi)運動能力，導致非輻射躍遷占主導地位，因而熒光強度較弱；而在聚集態(tài)下，分子內(nèi)轉(zhuǎn)動受到限制，促使激發(fā)態(tài)能量以輻射躍遷形式釋放，從而顯著增強熒光發(fā)射。當共軛由H延伸至BP時，所形成的剛性平面結(jié)構(gòu)不僅強化了供體-受體（D-A）相互作用，還促進了分子間的π-π堆積效應，致使DAQx-BP在聚集態(tài)下的熒光發(fā)生最明顯的紅移現(xiàn)象。上述結(jié)果揭示了共軛效應、分子運動受限程度以及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)在調(diào)控AIE行為中的協(xié)同作用機制（圖2）。

圖2. (a) 365 nm照射下不同f_w的THF/H₂O混合物中DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP的熒光照片；(b) DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP在純THF溶液中的歸一化吸收和光致發(fā)光（PL）光譜；(c) DAQx-BP在不同f_w的THF/H₂O混合物中的PL光譜；(d, e) DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP的α_AIE最大值和α_AIE最大值與f_w的比值圖。α_AIE = I/I₀, I₀ = 在純THF溶液中的PL強度。

  研究表明，DAQx體系表現(xiàn)出顯著的溶劑極性響應特性，這是由于三苯胺給體與喹喔啉受體間的扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）效應。隨著溶劑極性從環(huán)己烷遞增至二甲基亞砜，三種化合物均呈現(xiàn)系統(tǒng)性的發(fā)光波長紅移與熒光強度減弱特征。其中，DAQx-H因分子骨架最為柔性而表現(xiàn)出最顯著的波長位移（△ = 125 nm），極性敏感度最高。DAQx-BP則憑借聯(lián)苯單元的剛性平面共軛延伸實現(xiàn)了最強的D-A相互作用，在DMSO中紅移至598 nm，但溶劑致變色范圍略小（△ = 120 nm）。此外，最大發(fā)射峰與溶劑極性參數(shù)E_T(30)呈現(xiàn)強線性相關(guān)，證實其TICT效應具有高度極性依賴特征。DFT計算揭示，隨著共軛鏈從H、Bz延伸至BP，LUMO能級逐步降低，與實驗觀測的系統(tǒng)性紅移趨勢高度吻合。上述結(jié)果體現(xiàn)了溶劑極性、共軛效應與分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移在調(diào)控D-A型發(fā)光材料光物理性質(zhì)中的協(xié)同影響（圖3）。

圖3. (a) 365 nm紫外照射下，DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP在不同溶劑中的熒光照片；(b) DAQx-H, (c) DAQx-Bz, (d) DAQx-BP在不同溶劑中的歸一化光致發(fā)光光譜；(e) DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP的最大發(fā)射波長與極性參數(shù)E_T（30）之間的線性關(guān)系；(f) DAQx-H、DAQx-Bz和DAQx-BP的前沿分子軌道與能級。

  DAQx-Bz和DAQx-BP的溶劑響應特性可實現(xiàn)動態(tài)信息加密與解密，從而具有增強信息安全性的潛力。與傳統(tǒng)的單一刺激響應性材料相比，其獨特的極性調(diào)控與可逆變色能力賦予了該體系更高的保密層級，顯示了在智能防偽和多級加密應用方面的巨大前景。此外，基于硅膠基質(zhì)的像素化陣列具有制備簡便、響應迅速和循環(huán)穩(wěn)定性良好的優(yōu)點，為構(gòu)建可重構(gòu)的動態(tài)加密系統(tǒng)提供了實用的平臺（圖4）。

圖4. (a) 基于DAQx-BP制備溶劑試紙條，示意圖及熒光在不同溶劑下由黃變多色的照片；(b) DAQx-Bz和DAQx-BP混合硅膠的制備原理圖及其在動態(tài)解密中的潛在應用。

  固態(tài)光物理研究揭示了DAQx-BP獨特的多晶型依賴性發(fā)光現(xiàn)象。該化合物可形成綠光晶體、黃光晶體及橙光無定形三種狀態(tài)，其中綠、黃晶體的單晶結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，僅扭轉(zhuǎn)角差異僅0.1°，分子間相互作用差異小于0.01 ?，卻呈現(xiàn)截然不同的發(fā)光顏色。這種精細結(jié)構(gòu)偏差累積導致的宏觀性質(zhì)差異，生動詮釋了"量變引起質(zhì)變"的聚集體科學原理，提供了分子機制層面的直接實驗證據(jù)，同時為可持續(xù)性智能防偽材料的設(shè)計建立了基于聚集過程精準調(diào)控的新策略。（圖5）。

圖5. (a) 不同固體狀態(tài)下DAQx-BP的熒光圖片、量子產(chǎn)率和歸一化熒光發(fā)射光譜；(b) DAQx-BP粉末x射線衍射圖；(c) DAQx-BP的晶體結(jié)構(gòu)分析；(d) DAQx-BP不同晶體構(gòu)象和分子間相互作用分析示意圖（A&B表示平面A與平面B的二面角）。

  DAQx-BP的酸堿色變特性與多晶型熒光相結(jié)合，可以實現(xiàn)可逆的動態(tài)加密解密，展現(xiàn)出增強信息安全性的潛力。這種獨特的雙重響應機制賦予了該體系更高的保密層級，在智能防偽應用方面顯示了巨大前景。此外，基于棉線刺繡的熒光標簽制備簡便、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異，且可通過日常弱酸/堿進行二次驗證，為下一代多層次、高安全性防偽技術(shù)提供了實用的解決方案。

圖6. (a) DAQx-BP在固態(tài)下的多態(tài)性及酸致變色性能示意圖；(b) 基于DAQx-BP實現(xiàn)的單詞級加密與解密概念驗證演示；(c) 制備DAQx衍生物用于熒光標記棉線的滴注過程示意圖；(d) 基于酸致變色熒光標簽的智能防偽應用。

  本文第一作者為南京林業(yè)大學碩士研究生王冬梅、共同第一作者為香港中文大學（深圳）博士后陳曉和南京林業(yè)大學藺玉婷博士，通訊作者為南京林業(yè)大學蔡旭敏教授，共同通訊作者為香港中文大學（深圳）唐本忠教授、南京林業(yè)大學王石發(fā)教授和浙江大學張鑒予研究員。本研究獲得了國家自然科學基金（32571989，52333007和52503253）、江蘇省自然科學基金（BK20231296）和廣東省分子聚集發(fā)光重點實驗室開放基金（2023B1212060003）等項目資助。

  論文題目：From nature-inspired electron acceptors to BioAIE materials with polarity- and polymorphism-dependence for anti-counterfeiting

  論文作者：Dongmei Wang, ^?a Xiao Chen ^?ab Yuting Lin, ^?a Lulu Wu,^a Zhichen Zhao,^a Xu Xu,^a Shilong Yang,^c Jianyu Zhang,*^d Wen-Jin Wang,^b Zheng Zhao,^b Shifa Wang,*^a Ben Zhong Tang,*^b and Xu-Min Cai*^ae

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/sc/d5sc09027j

作者簡介

  蔡旭敏，南京林業(yè)大學青年教授，博導，江蘇省“雙創(chuàng)博士”，國家“雙一流”專業(yè)“林產(chǎn)化工”系副主任，于南京大學和德國慕尼黑工業(yè)大學獲碩士和博士學位。主要從事林木生物基聚集誘導發(fā)光材料的跨學科研究。近5年內(nèi)以第一/通訊作者身份在Nature Communications、National Science Review、The Innovation、Chemical Science、Aggregate、Advanced Functional Materials、和Advanced Science等期刊發(fā)表論文30余篇，主持國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金及廣東省重點實驗室開放基金等。獲江蘇省林學會科學技術(shù)獎、江蘇省低碳技術(shù)學會科學技術(shù)獎、JMCC新銳科學家、Aggregate高被引學者稱號和Aggregate期刊優(yōu)秀編委獎等。研究工作得到美國科學促進會旗下EurekAlert、《國家科學評論》和新華報業(yè)《交匯點》等媒體雜志亮點評述。任The Innovation、Aggregate和《生物質(zhì)化學工程》期刊青年編委。

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  唐本忠，香港中文大學（深圳）教授，1982年獲華南理工大學學士學位，1985年、1988年先后獲日本京都大學碩士、博士學位。曾在多倫多大學從事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高級研究員。1994–2021年在香港科技大學工作。2009年、2017年、2020年先后當選中國科學院院士、亞太材料科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士。2021年加入香港中文大學（深圳）擔任理工學院院長、校長學勤講座教授。主要從事高分子化學和先進功能材料研究。在聚集誘導發(fā)光（AIE）這一化學和材料前沿領(lǐng)域取得了原創(chuàng)性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引領(lǐng)者。已發(fā)表學術(shù)論文2,000多篇，總引用超243,000次，h因子為216。在學術(shù)會議上作了500多場邀請報告，擁有100多項授權(quán)專利。現(xiàn)任德國Wiley出版社發(fā)行的Aggregate《聚集體》雜志主編以及20多家國際科學雜志顧問、編委或客座編輯等。2014年至今連續(xù)當選全球材料和化學雙領(lǐng)域“高被引科學家”。2007年獲Croucher基金會高級研究員獎，2012年獲美國化學會高分子材料科學與工程分會MACRO講座獎，2014年獲伊朗國家科技部頒發(fā)的Khwarizmi國際獎，2015年獲廣州市榮譽市民稱號，2017年獲國家自然科學一等獎、何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎，2021年獲Nano Today國際科學獎，2023年獲Biomaterials生物材料全球影響力獎，2024年獲中國化學會–中國石油化工股份有限公司化學貢獻獎。2025年獲廣東省科學技術(shù)獎突出貢獻獎。

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  王石發(fā)，南京林業(yè)大學教授，江西瑞金人，1965年6月生，南京林業(yè)大學二級教授，博士生導師，江蘇省“青藍工程”中青年學術(shù)帶頭人，江蘇省高校“青藍工程”優(yōu)秀青年骨干教師。1992年畢業(yè)于南京林業(yè)大學化學工程學院林產(chǎn)化工碩士專業(yè)并留校任教，1998年獲得工學博士學位，2005年獲得工學博士學位。2000年赴日本島根大學進行繼續(xù)深造并于2002獲得島根大學農(nóng)學博士學位，2005-2007年赴美國弗吉尼亞理工大學進行博士后工作。主要從事生物質(zhì)資源化學、化學生態(tài)學和手性合成化學、熒光探針及熒光材料等方面的研究。以生物資源為研究對象，采用不對稱合成手段合成具有生理活性和藥物活性的藥物及藥物中間體、手性催化劑、香料等化學品。研究天然生物活性物質(zhì)的提取、分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定及生物活性評價，為開發(fā)天然藥物、天然抗氧劑等綠色化學品提供理論基礎(chǔ)。綠色新型驅(qū)蚊劑等的開發(fā)及應用研究。。先后主持了5項國家自然基金、國家林業(yè)公益性項目、948項目、國家十三五重點研發(fā)計劃項目任務(wù)等各類課題。在國內(nèi)外發(fā)表學術(shù)論文150余篇，申請發(fā)明專利82件，授權(quán)56件，其中美國專利2件。

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  張鑒予，浙江大學高分子科學與工程學系百人計劃研究員，博士生導師，于中山大學和香港科技大學分別獲得學士學位和博士學位，入選國家級海外高層次青年人才項目。主要研究興趣：有機光功能材料、聚集誘導發(fā)光、計算化學、光物理及光化學。發(fā)表學術(shù)論文114篇，其中第一作者（含共同）論文34篇，通訊作者論文6篇，包括Nature Photonics(1篇）、Chem(1篇）、 Journal of the American Chemical Society（6篇）、Nature Communications（5篇）、Angewandte Chemie-International Edition（5篇）、National Science Review（1篇）、Matter（1篇）、Ccs Chemistry（2篇）、Aggregate（1篇）、Macromolecules（1篇）、Advanced Functional Materials（2篇）、Advanced Optical Materials（2篇）等國內(nèi)外權(quán)威期刊；論文共計被引用4300余次，h-因子38（Google Scholar數(shù)據(jù)）；多篇論文入選ESI高被引文章，并得到麻省理工科技評論、EurekAlert!等媒體報道。入選2024年全球前2%頂尖科學家“年度影響力”榜單（斯坦福大學&愛思唯爾）。2022年獲教育部“基礎(chǔ)學科拔尖學生培養(yǎng)計劃2.0”優(yōu)秀學生獎，2022年獲香港科技大學卓越研究獎，2023年獲香港特別行政區(qū)研資局博士后計劃（現(xiàn)研資局新晉學者計劃），2023年獲CAS Future Leaders（美國化學會化學文摘社未來領(lǐng)袖者），2024年獲歐盟“瑪麗·居里學者”人才項目，2024年獲ACS PHYS Young Investigator Awards in Physical Chemistry（美國化學會物理化學分會青年科學家），2025年第74屆林島諾貝爾獎獲得者大會（化學）青年科學家。

  課題組主頁：https://aie-zju.cn/ 、https://person.zju.edu.cn/zhangjianyu