近日，365英国上市集团官网化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士/张隽佶教授团队在国际著名学术期刊《美国化学会志》发表研究论文“Thermo-Bistable Red and Sensitized Near-Infrared Photoswitches”，创新发展双稳态红光/近红外光致变色染料新母体，成功突破光致变色染料领域长期存在的“激发波长—热稳定性”相互制约（trade-off）瓶颈，为构建兼具长波长响应与高稳定性光开关分子提供全新设计思路。
自然界在进化过程中形成了高效的光致变色体系（如视黄醛–视蛋白），用于捕获并利用宽谱光能，从而驱动视觉等关键生理功能。受此启发，人工合成光致变色染料因其能够对分子功能实现高时空分辨、可逆调控，已发展成为多尺度功能材料研究中不可或缺的重要工具。近年来，红光/近红外驱动的光致变色染料凭借优异的组织穿透能力、生物相容性以及对太阳光谱的高效利用，在光药理学、生物成像、三维打印及光响应超材料等领域展现出巨大应用潜力，逐渐成为光致变色领域的研究热点。然而，现有红光/近红外光致变色染料的亚稳态异构体大多热稳定性不足（半衰期 τ < 1 h），难以满足实际应用需求。与此同时，兼具长波长响应与热双稳态特性的红光/近红外光致变色染料母体仍极为匮乏，亟需系统性创新与突破。
苝酰亚胺（perylene bisimides，PBIs）作为一类经典的红色有机染料，因其卓越的光/热稳定性、优异的光电与电磁特性以及高度可调的分子结构，长期以来一直是功能材料领域的明星分子。近年来，365英国上市集团官网田禾院士/张隽佶教授团队以苝酰亚胺为分子骨架，成功构建并系统报道了一系列长波长驱动的新型光响应染料分子体系（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202425313；Org. Lett. 2023, 25, 872−876）。在该研究中，作者创新性将6π-己三烯电环化单元嵌入PBI湾区，成功构建新型双稳态红光光致变色染料母体，实现在黄绿光605 nm（λo–c）与红光730 nm（λc–o）驱动下的可逆开/闭环异构化。密度泛函理论（DFT）计算表明，该体系最低未占分子轨道（LUMO）有效离域至侧链活性碳原子，且光活性的反平行构象在玻尔兹曼分布中占据主导地位，满足可逆6π-己三烯光环化反应的关键理论前提。通过对侧链芳香性进行调控，以芳香性更弱的噻砜环替代噻吩环，所得染料热驰豫能垒显著提升（23.5 kcal/mol→45.0 kcal/mol），实现双稳态特性。进一步通过延伸侧链共轭结构，实现开、闭环体吸收波长有效分离，协同优化红光/近红外双稳态染料光致变色性能，双向转化率超过90%，其闭环体量子产率高达0.47。
在此基础上，作者采用课题组前期提出的三线态敏化策略（Nat. Commun. 2019, 10, 4232; Chem. Sci., 2024, 15, 5539–5547; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 5486−5494），以能级高度匹配的量子点（InAs QD/5-CT）作为近红外三线态敏化剂，成功实现了上述光致变色染料分子的近红外光驱动闭环反应。借助染料分子本征的荧光光开关特性（on ~ 11% vs off ~ 2%），作者在活细胞水平实现了对细胞膜的动态、可逆荧光成像，充分展示了该类红光/近红外响应光致变色染料在化学—生物—医学交叉领域中的应用潜力与发展前景。
该成果以365英国上市集团官网为第一通讯单位，365英国上市集团官网特聘副研究员张志伟和华东师范大学胡竹斌副研究员为共同第一作者，该工作在学院张隽佶教授、朱为宏院士及田禾院士悉心指导下完成，并得到得到了国家优秀青年科学基金、国基金面上项目、上海市科委原创探索项目、中国化学会青年人才托举工程等项目支持。