美国科学家首次利用光改变人造超分子手性

据物理学家组织网近日报道，美国科学家首次研制出一种人造分子，可用一束光改变其手性，这种分子可应用于包括生物医学研究、国土安全和超高速通讯在内的太赫兹技术领域，相关研究发表在《自然·通讯》杂志上。

    手性分子是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。该类分子具有迥然不同的左手或右手倾向，能用太赫兹电磁射线观察、甚至改变分子的手性是科学家们孜孜以求的目标。

    该研究的领导者、劳伦斯伯克利国家实验室材料科学分部的张翔（音译）表示：“我们能改变天然材料的手性，但改变过程缓慢同时也会改变材料的结构，而我们新制造出的人造分子的手性却能以光速进行切换。”

    张翔团队用由纳米大小的金条经过加工制成的太赫兹“超材料”，制造出了一种精巧的人造手性分子，接着将其同具有光活性的硅媒介结合，再使用一束外部光对该“超分子”进行光致激发，结果观察到了以圆偏振发射太赫兹光的形式表现出来的手性变化。而且，这种光致激发也使科学家们能对这种手性切换和太赫兹光的圆偏振进行动态控制。张翔表示：“以前使用光电刺激只能打开或关闭‘超材料’的手性，但现在，我们能用光开关改变这种太赫兹‘超分子’的手性。”

    张翔解释道，新的“超分子”包含有一对手性相反的三维超原子。他们在每个超原子内的不同地方放置了一块硅板。最终，硅板破坏了镜像对称并让超分子具有了手性。硅板也承担了能在光致激发下改变超分子手性的光电开关的功能。他表示：“我们的系统依赖于两个手性不同的超原子的‘联姻’，在特定频率范围内，其中一个超原子起作用，而另外一个不具有活性。如果设计合理，这两个超原子会对同样的外部刺激做出相反的反应，不活跃的超原子会开始起作用，而起作用的超原子则会失去活性，这就使超分子的手性发生了变化。”

    太赫兹电磁射线也称为T射线，位于分子振动的频率范围内，这使其成为理想的非侵入式工具，可用来分析有机物和无机物的化学组成，改变超分子的手性并控制太赫兹光的圆偏振可被用于探测有毒易爆的化学品，或用于无线通讯以及高速数据处理系统中。因为包括DNA、RNA和蛋白质在内的大多数生物分子都具有手性，新研究也能让医学研究者和制药人士受益。

    另一名研究人员安托瓦妮特·泰勒表示，他们的光切换手性太赫兹超分子的设计原理并不局限于改变手性，也可用来动态地改变其他电磁属性。

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