南开大学/香港中文大学(深圳)/北京理工大学,新发Nature Communications!

在现代科技领域，荧光材料因其独特的光学特性，被广泛应用于生物医学成像、防伪技术、智能材料等多个行业。然而，传统的荧光材料往往面临着发光效率低下和功能单一的问题，限制了其在复杂应用场景中的进一步发展。近年来，科学家们从自然界中汲取灵感，发现一些非芳香族生物大分子（如蛋白质和肽）能够通过氢键网络实现高效的荧光发射。这种现象为开发新型高性能荧光材料提供了新的思路。然而，如何在人工合成的非传统发光聚合物中实现类似生物体系中的高效能量转移机制，仍然是一个亟待解决的科学问题。此外，将高发光效率与多功能性（如自修复、可重复加工和刺激响应性）集成于一体，也是当前行业对荧光材料的迫切需求。

受水母荧光蛋白中氢键介导的质子转移机制启发，南开大学王粉粉博士、贾传成教授、香港中文大学（深圳）唐本忠院士和北京理工大学郑小燕副教授合作提出了一种利用四重氢键构建超分子聚合物的新策略，成功开发出一种具有高效发光性能的新型荧光材料。通过调节超分子单元的聚集结构，激活了质子在配对基团之间的转移，实现了高达52%的光致发光量子产率。结合超快光谱和固体核磁共振技术，研究团队揭示了四重氢键在质子转移中的关键作用，并证明了这种动态氢键结构赋予材料多功能特性，如高强度、自修复能力、可重复加工性和刺激响应性。这一成果不仅为高性能发光材料的设计提供了创新方法，还为开发下一代生物集成设备和智能光学材料奠定了基础。

图1. 多功能荧光超分子聚氨酯的仿生设计。

图2. PU-UPy的非传统荧光性质。

图3. UPy二聚体的激发态超快动力学。

图4. 具有不同端基的UPy的聚集结构。

图5. UPy基元的分子动力学模拟。

图6. PU-UPy的多重应用。

本研究通过模拟水母荧光蛋白中的激发态质子转移（ESPT）机制，利用四重氢键的动态特性，成功设计并合成了一种新型的超分子聚合物（PU-UPy），实现了高达52%的光致发光量子产率，显著突破了非传统发光聚合物（NTLPs）在发光效率上的限制。通过固体核磁共振、超快光谱以及理论计算等手段，研究团队揭示了四重氢键在质子转移和发光增强中的关键作用，并证明了这种结构赋予材料自修复、高韧性、可重复加工以及刺激响应等多功能特性。这一成果不仅为高性能发光材料的设计提供了新的理论依据，还为开发下一代生物集成设备和智能光学材料奠定了坚实基础。其潜在应用价值涵盖生物成像、防伪技术、文化遗迹修复以及智能传感等多个领域。未来研究方向可进一步探索氢键网络的调控机制，优化材料性能以满足更多实际应用场景的需求，并拓展此类材料在生物医学和光电器件中的具体应用。

Zuo, H., Zeng, Y., Gao, Q. et al. Non-traditional fluorescence in quadruple hydrogen bonded supramolecular polymers. Nat Commun 17, 776 (2026).

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