分子聚集是自然界中一种常见的现象，通过非共价相互作用，分子能够组装成更大的结构，展现出与单个分子不同的特性。光诱导聚集作为一种新兴的调控手段，与传统分子自发聚集不同，它利用光能触发分子间的相互作用和组装行为。这种方式为实现对分子聚集态的精准调控提供了新的可能，同时也为开发新型光功能材料开辟了新的途径。尽管目前已有少数关于溶液中光诱导聚集的研究案例，但溶剂在这一关键过程中的潜在参与作用却常常被忽视。

  近期，香港中文大学（深圳）唐本忠教授团队合成了一种疏水性硝基芳烃化合物NPAC（图1），NPAC在分子状态及其自发形成的无水有机聚集体（AOA）中均不发光（量子产率＜1%）。然而，在含水环境并受光照射时，NPAC与水通过强电子给受体相互作用形成水合有机聚集体（HOA），展现出58.88%的量子产率和双发射荧光特性。

  2025年7月1日，相关研究成果以“Photo-induced hydrous organic aggregates for photoactivatable luminescence”为题发表在《Nature Communications》上，论文第一作者为香港中文大学（深圳）的丁泽洋博士，共同第一作者为香港中文大学（深圳）的博士生莫入凡和刘宗航，通讯作者为五邑大学的武波讲师，香港中文大学（深圳）的丘子杰助理教授和唐本忠教授。

图1. 已报道的光诱导聚集行为和本文报道的光诱导水合聚集行为

图2. 光激活行为与水的作用

图3. 光诱导聚集证明与不同状态下的光激活实验

  为证实光诱导HOA的形成，团队开展了多项实验。核磁共振实验表明，光照射下NPAC分子结构未变，而水分子的质子峰向低场位移且变宽，表明水分子的局部环境发生了变化（酸性增加）（图2G）。控制变量实验进一步确认了水在光诱导聚集过程中的必要性（图2H）。动态光散射测量显示，光照射后NPAC粒径显著增大，表明光诱导了分子聚集（图3B）。此外，不同条件下的光激活实验揭示，荧光增强程度随浓度或不良溶剂的增加而加剧，表明光诱导聚集程度与光激活荧光增强呈正相关（图3C-H）。

图4. 单晶结构与形貌

  单晶与形貌分析显示，NPAC的AOA为一维针状结构，由π-π相互作用驱动；HOA则为二维片状结构，说明水提供了额外相互作用驱动力，使分子在两种聚集体中呈现截然不同的堆积方式（图4）。

图5. 光激活与双发射机理研究

  实验与理论计算揭示，硝基官能团键角是调控NPAC激发态行为的关键（图5）。无水条件下，NPAC激发态中的硝基键角减小，引发n-π*跃迁，促进非辐射衰减；而水的引入使水与激发态NPAC发生强相互作用，释放氢离子并抑制硝基键角变化，激活辐射衰减。依激发态分子质子化程度不同，NPAC表现为双发射特性，未质子化时为局域激发发射，质子化后则为电荷转移发射。

图6. 光激活成像与光动力

  图6展示了NPAC前体NPA在CAL27细胞中的光激活成像和光动力治疗效果。该材料初始状态几乎不发光，经光照射后，细胞内荧光信号显著增强且主要定位于内质网。同时，光照射下的材料可高效产生活性氧物质（ROS），诱导癌细胞死亡。

  本研究通过光照射开发了一种水合有机聚集体，深入探讨了光诱导聚集现象背后的科学原理，并验证了其在生物成像领域的潜在应用价值。这一发现不仅加深了对分子激发态行为的理解，还为开发光激活材料提供了一种有效的策略。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60766-6