生命体系往往需要持续的能量供给来维持高级的组装结构和功能，是一类非平衡态的耗散自组装体系。在维持生命体系组装的诸多能源中，光能是所有生命组装体系所需能量的根本来源。近日，东南大学智能材料研究院、化学化工学院李全院士团队开发了一种光作为能量供给的人工超分子耗散自组装体系。研究成果以“Light-fueled transient supramolecular assemblies in water as fluorescence modulators”为题，在线发表于国际顶级期刊Nature Communications（《自然·通讯》）杂志上。评审专家认为该工作是“相当重要且杰出的工作”（“significantly important and outstanding comparing to many other works”）。
耗散自组装是通过持续提供能量来维持组装状态的非平衡态组装体系，是几乎所有的生命体系组装的原理和根本基础。由于持续能量供给对组装状态的维持，耗散自组装体系相比于很多平衡态自组装体系往往具备更强的可调控性以及更丰富的功能，并具有可控的寿命和变化的组装过程。而在维持耗散自组装体系的各种能量中，光能是自然界耗散组装体系的根本能量来源。因此构筑光作为能量供给的人工耗散自组装体系具有重要的意义，但鲜有报道。
光供能的人工耗散超分子自组装体系的构筑图示和结构表征
针对这些问题，该团队通过研究磺酸化部花青衍生物（SMEH）的光致异构化过程，发现其在光照条件下可转变为螺吡喃型阴离子两亲分子（ASP），而在室温下又可通过热耗散的形式逐渐恢复至SMEH的状态，据此提出该分子是一种“光诱导两亲分子”。通过将该分子与阳离子聚合物壳聚糖（CS）在水相混合，即可简便地构筑出光作为能量供给的人工超分子耗散自组装体系。由于光功率密度和温度分别对SMEH光致异构化和ASP的热耗散速率产生明显的影响，因而该耗散自组装体系的寿命可通过控制光功率密度和温度在几分钟到几小时的范围内进行调节。通过将不同发光性质（聚集诱导淬灭/聚集诱导发光）的荧光分子作为模板负载在该耗散自组装体系中，该耗散自组装体系可以实现这些荧光分子随时间变化的聚集诱导淬灭/聚集诱导发光的过程，并且发光过程变化的时间也可通过光功率密度以及温度进行调节。此外，负载了染料的该耗散组装体实现了细胞内随时间变化的动态成像功能。因此该光供能的耗散自组装体系为传感、智能发光器件等应用方面提供了可能的策略。
本文的第一作者是东南大学青年教师陈旭漫，东南大学李全院士、杨洪教授和南京大学谌东中教授为该工作的共同通讯作者，东南大学为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。
论文信息：
Light-fueled transient supramolecular assemblies in water as fluorescence modulators
Xu-Man Chen, Xiao-Fang Hou, Hari Krishna Bisoyi, Wei-Jie Feng, Qin Cao, Shuai Huang, Hong Yang*, Dongzhong Chen*, Quan Li*
Nat. Commun., 2021, 12, 4993, DOI: 10.1038/s41467-021-25299-8
