在自然界中，生物分子要实现特定功能往往需要达到一定尺寸，例如蛋白质或DNA必须以特定方式折叠，而这通常依赖分子链条具备最低长度。长期以来，化学家借助固相合成等技术，能够逐步构建长度与组成可控的蛋白质和核酸分子。

德国与韩国研究人员近日报告称，他们首次提出一种面向有机染料分子的类似合成策略，可将苝二酰亚胺（Perylene Diimide, PDI）单元按序特异性堆叠，最高可实现14个单元的组装。研究团队选择该类染料，主要基于其在下一代有机半导体与纳米激光器等方向的潜在应用价值；相关体系在光脉冲激发下可产生发光响应。上述成果已发表于《自然化学》。

维尔茨堡大学纳米系统化学中心主任、该校有机化学二系教授Frank Würthner表示，新方法的关键在于使染料分子并非无序聚集，而是以确定序列与空间排列精确折叠，形成所谓“折叠体”。

研究团队在逐步增加堆叠单元数量的过程中观察到一项显著效应：当堆叠高度达到4至6个单元时，体系发光强度出现明显提升。论文第一作者、博士生Leander Ernst解释称，在这一堆叠范围内，结构稳定性增强，使堆叠中心更易形成多激子态，从而提高荧光量子产率；同时，中心区域结构刚性增加也有助于保护激发态免受外界影响，进而优化光发射过程。

研究数据进一步显示，两个单元堆叠的发光效率为47%，而由14个单元构成的链条发光效率可达75%。研究人员指出，这意味着在相同能量输入条件下，含堆叠染料的器件组件有望实现更高亮度或更低能耗。

在材料开发层面，研究团队同时强调，有机半导体研究中常用的“二聚体模型”通常用于推断固态材料中分子耦合情况，但该模型难以充分描述更高阶堆叠体系的行为。与此同时，染料基材料在照明应用中常面临“猝灭效应”问题，即分子紧密堆积时发光能力往往下降；研究人员表示，此次工作在苝二酰亚胺折叠体体系中克服了这一限制。

研究团队也指出，从基础研究走向日常设备应用仍存在挑战。由维尔茨堡大学化学教授Tobias Brixner与物理教授Bert Hecht牵头的跨学科团队计划在JMU进一步推进相关问题研究。

该成果由Frank Würthner团队与韩国首尔延世大学Dongho Kim团队合作完成。