刺激响应材料正不断拓展科学与技术的前沿，从智能水凝胶驱动器到仿生柔性传感器，再到光响应智能变色涂层，这些创新正将科幻变为现实。尽管进展显著，现有智能响应人工系统在实现类似生物系统中低能耗激活、多稳态与循环可逆性的协同性能整合方面仍面临巨大挑战。其根本原因在于一个长期存在的悖论：高势垒保障了材料的稳定性，却阻碍了其开关切换能力甚至导致不可逆；低势垒利于开关切换，却牺牲了稳定性。研究人员被迫在“稳定但不可逆”与“可逆但不稳定”之间妥协，这种固有性能约束正是当前人工系统与生物性能之间存在差距的关键原因。

图1 仿生“水辅助激发态路径重塑”机制的示意图

针对这一问题，受生物光感受器中水的精准调控启发，吉林大学盛兰教授等人提出了一种“水辅助激发态路径重塑”（WEPR）机制。通过设计功能上模拟视紫红质发色团的光开关分子，利用环境友好的水作为动态调控因子，实现了反应路径在高势垒通道与低势垒通道之间的智能切换。无水条件下，本征高反应势垒阻止了有色态与漂白态间的相互转化，确保其稳定性。当引入水作为调控触发因子时，该系统借助WEPR机制在低功率光辐照下实现高效开关切换，所需光强较无水分调控时降低约6个数量级。得益于这一独特设计，所制备的变色材料同时具备出色的双稳态（>7天）、优异的循环可逆性（>100次）和卓越的长期稳定性（>2年），在动态信息加密和按需可视化即时擦除可持续显示等应用中展现出巨大潜力。此外，借助分子开关系统与生物视觉色素在多层次上的相似性，该工作还探讨了水在视觉感知中可能扮演的角色。

本研究不仅为开发长期稳定且可重写的光学存储与加密系统奠定了坚实的材料基础，而且为探索水在色彩感知与视觉障碍中的潜在作用提供了宝贵的研究模型。

图2 以水为“钥匙”的“锁定”型WEPR光响应系统的可逆状态切换示意图及性能测试

该研究成果以“Bioinspired Dynamic Remodeling of Excited-State Pathways for High-Performance Stimuli-Responsive Materials”为题，发表在Advanced Materials（Advanced Materials, 2026,0:e74008）上。炸金花在线-炸金花在线玩 博士研究生盖涵棋为第一作者，炸金花在线 盛兰教授、张蔚然博士为共同通讯作者。该工作得到了原子与分子物理研究所尹航副教授在理论计算方面的帮助，以及张晓安教授的悉心指导。

文章链接：//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74008