殷亞東教授最新Science：手性超結構的磁性組裝方法

殷亞東教授最新Science：手性超結構的磁性組裝方法

【導讀】

膠體粒子的超結構能夠以手性對稱性進行組裝。手性組裝的驅動力是粒子或結構本質上是手性的，或者通過吸附的表面分子和模板產生手性(通常為螺旋結構)或通過光刻方法呈現。手性超結構，特別是由等離激元納米顆粒制成的手性超結構，在圓偏振光激發下具有圓二色性(CD)等獨特的光學性質，具有開發電、光傳感器和器件的潛力。模板組裝和光刻已經被用于通過CD光譜的變化來創建用于感知外部刺激的手性超結構。例如，DNA模板組裝可以將DNA模板的螺旋構型轉移到許多納米結構中，并用于監測溫度和化學結合的變化。總之，膠體組裝成手性超結構通常是通過模板或光刻圖案化的方法來完成的，這些方法僅適用于窄尺寸范圍內具有特定成分和形貌的材料。

【成果掠影】

今日，美國加州大學河濱分校殷亞東教授課題組研究發現，手性超結構可以通過在從分子到納米和微結構的所有尺度上對任何化學組成的材料進行磁性組裝來快速形成。本工作證明了四極場手性是由空間中一致的場旋轉引起的永磁體產生的。將手性場施加到磁性納米顆粒上可以產生由樣品處的場強和磁體取向控制的長程手性超結構。通過將金屬、聚合物、氧化物、半導體、染料和熒光團等客體分子引入到磁性納米結構中，可以將手性轉移到任何非手性分子。相關論文以題為“A magnetic assembly approach to chiral superstructures”發表在Science上。

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【數據概況】

圖1. 永磁體的四極場手性 ? 2023 AAAS

圖2. 將Fe₃O₄/Au雜化納米棒磁組裝成手性超級結構? 2023 AAAS

圖3. 組裝超結構的可調諧CD光譜? 2023 AAAS

圖4. 組裝超結構的可調諧CD光譜和旋光色散? 2023 AAAS

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圖5. 非手性分子的全尺度磁性組裝成手性超結構? 2023 AAAS

【成果啟示】

綜上所述，立方永磁體局域場矢量的一致旋轉，在4個象限內形成左右手交替磁場的四極場手性。這種手性磁場誘導磁性納米棒組裝成手性超結構，手性和手性由磁場的局部特征決定。該策略允許從各種化學化合物(等離子激元材料，聚合物，氧化物，金屬，半導體，熒光納米結構和分子部分)的納米結構中遠程、可逆和瞬時組裝手性超結構，并在廣泛的光譜和圓偏振發光范圍內主動調節它們的CD響應，只要它們能適當地結合到磁性納米棒上。通過將形成的超結構嵌入到聚合物基底中，可以在所有尺度上固定這些化合物的手性，這可以通過在聚合過程中施加外部磁場來實現。這種簡單的策略使得手性超結構在沒有外部磁場的情況下具有非揮發性，并且非常適合便攜式的手性光學器件。

文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg265