化学家开发出创建手性结构的新方法

有些分子以两种形式存在，因此它们的结构和镜像不能重叠，就像我们的左手和右手一样。称为手性，这是这些分子由于其不对称性而具有的一种特性。手性分子由于与光相互作用而往往具有光学活性。通常，自然界中只存在一种形式的手性分子，例如 DNA。有趣的是，如果手性分子作为药物效果很好，它的镜像可能对治疗无效。

在试图在实验室中产生人工手性时，由加州大学河滨分校的化学家领导的团队发现，磁场的分布本身就是手性的。

“我们发现任何磁铁(包括条形磁铁)产生的磁力线都具有手性，” 领导该团队的化学教授 亚东尹说。“此外，我们还能够利用磁场的手性分布来诱导纳米颗粒形成手性结构。”

传统上，研究人员使用“模板”来创建手性分子。首先使用手性分子作为模板。然后将非手性(或非手性)纳米颗粒组装在该模板上，使它们能够模仿手性分子的结构。该技术的缺点是它不能普遍应用，严重依赖于模板分子的具体组成。另一个缺点是新形成的手性结构不能轻易地定位在电子设备上的特定位置。

“但是为了获得光学效果，你需要一个手性分子占据设备上的特定位置，”尹说。“我们的技术克服了这些缺点。我们能够通过磁性组装任何化学成分的材料，在从分子到纳米和微米结构的尺度上快速形成手性结构。”

尹解释说，他的团队的方法使用在空间中持续旋转的永磁体来产生手性。他说，将手性转移到非手性分子是通过掺杂来完成的，即将金属、聚合物、半导体和染料等客体物质掺入用于诱导手性的磁性纳米颗粒中。

研究结果发表在今天的《科学》杂志上。

尹说，手性材料与偏振光相互作用时会产生光学效应。在偏振光中，光波在单个平面上振动，从而降低了光的整体强度。因此，太阳镜中的偏光镜片可以减少对我们眼睛的眩光，而非偏光镜片则不能。

“如果我们改变产生材料手性结构的磁场，我们就可以改变手性，从而产生可以通过偏光镜片观察到的不同颜色，”尹说。“这种颜色变化是瞬时的。我们的方法还可以使手性立即消失，从而实现快速手性调整。”

研究结果可应用于防伪技术。表示物体或文件真实性的手性图案肉眼看不见，但通过偏光镜片可见。研究结果的其他应用包括传感和光电子领域。

“利用我们的方法允许的手性可调性，可以制造更复杂的光电器件，”该论文的第一作者、尹实验室的前研究生李志伟说 。“就传感而言，我们的方法可用于快速检测与某些疾病相关的手性或非手性分子，例如癌症和病毒感染。”

尹实验室的研究生团队加入了尹和李的研究，其中包括范庆松、叶祖阳、吴超鲁门和王忠祥。李现在是伊利诺伊州西北大学的博士后研究员。

该研究由国家科学基金会向尹提供的资助。UCR 技术合作办公室 已提交与这项工作相关的专利申请。