image: a. Schematic diagram of aggregate structure in NaCl crystal. b. Schematic diagram of chemical structure in zwitterionic aggregate. c. Visualization of the inter- and intramolecular motion in zwitterionic aggregate through fluorescent signal.
Credit: ©Science China Press
在物质科学领域，分子作为承载物质特性的基本结构单元，持续进行着分子间、分子内运动的动态演绎。这类运动不仅主导着热能传递、化学反应等物理化学过程，更深刻影响着生命运行机制的本质规律。研究显示，聚集体作为分子存在的最普遍形态，其分子基元始终处于或剧烈或轻微的运动状态。分子间作用主导的协同运动与分子内构象的微妙调整交织作用，共同构筑起聚集体的动态特征与功能表达。
离子聚集体广泛存在于自然系统、工业体系及生命活动中，阴阳离子作为其基本构筑单元发挥着关键作用。然而在实际体系中，阴阳离子常以离子对形式共存，导致单一离子难以稳定孤立存在，这为解析离子单元结构与功能关系带来挑战。此外，双离子体系的复杂性使得针对离子聚集体内单元运动的研究长期受限。正如论文共同第一作者、香港科技大学汪金博士所言："如何简化离子聚集体结构并构建可监测信号体系，是揭示其分子运动本质的关键。"
研究团队创新性地提出两性离子策略，将磺酸根与铵基离子同时锚定于具有荧光活性的四苯乙烯骨架。"该策略明确了两性离子分子作为基本构筑单元，突破了传统无机盐双单元体系的复杂性桎梏。"汪金进一步阐释，"更重要的是，两性离子策略还结合了有机分子骨架结构的荧光特性，为实时追踪离子聚集体内分子运动提供了可靠的示踪介质。"
"荧光波长蓝移对应分子间运动引起的聚集态转变，而强度衰减则反映分子内运动导致的构象变化。"共同第一作者邓子豪博士指出。得益于体系简化与荧光信号对机械刺激的灵敏响应，团队成功实现两种不同分子运动模式的原位监测。
共同第一作者欧新文博士说道:“聚集体结构的动态变化和相互作用机制具有高度复杂性，传统宏观实验手段在揭示其微观动态过程时面临挑战，而理论计算为研究这些过程提供了可靠方案。”通过理论计算，研究团队成功还原了离子聚集体通过内部分子间及分子内运动实现从无序态向晶态的结构恢复过程，并证实离子间相互作用在此过程中起关键作用。
"通过离子间相互作用促使的分子运动，我们实现了激发态能量衰减路径在非辐射衰减和辐射衰减间的可逆动态切换，从而获得可多次切换的光致变色-光致发光响应活性功能。"通讯作者郭子健教授强调。由机械刺激引发的光致变色-光致发光动态转变，以及通过分子运动实现的自修复特性，该体系可实现变色与发光活性的便捷可逆切换。通讯作者林荣业教授补充道：“这一有趣的现象无疑将启发研究人员通过聚集体层次的结构调控来实现功能的转变，而非单纯依靠分子本身。”
本文通讯作者、香港中文大学（深圳）及香港科技大学唐本忠院士总结道："聚集体的世界虽纷繁复杂，却蕴藏无限可能。 "本研究以离子聚集体为模型，系统阐释了聚集体层面整体与部分间的构效关系及动态转变机制，是该团队继“Is the whole equal to, or greater than, the sum of its parts? The similarity and difference between molecules and aggregates”及“Constructing flexible crystalline porous organic salts via a zwitterionic strategy”为题发表研究论文后，聚集体科学思想在有机离子聚集体中的又一次成功实践。