综述:从手性生物分子到手性纳米晶体:最新进展与新兴概念回顾

【字体: 时间:2025年05月01日 来源:Chem 19.1

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  这篇综述聚焦手性纳米晶体(NCs)领域,尤其是等离子体纳米晶体。文章从手性定义出发,探讨了非精确对映体、赝手性等概念,还介绍了生物模板化纳米晶体、手性生物组装等内容,为该领域研究提供了全面参考。

  

更大的图景


手性是自然界各领域的基本特征,从粒子物理、电磁学,到化学、生物学和医学均有体现。手性物体的概念 —— 对映体,由路易斯?巴斯德在对晶体和分子溶液使光旋转现象的著名观察中提出。之后,开尔文勋爵在巴尔的摩讲座中给出了手性的现代定义。

大多数生物分子和药物分子是手性的,如今研究者面临的挑战是 “能否人工制备手性纳米晶体”。纳米晶体比许多典型分子大,且属于无机物。目前制备手性纳米晶体的方法,一是借助自然界的同手性,利用生物分子作为模板来引导生长或组装;二是使用手性光,它能诱导手性光生长或不对称光化学反应。

在手性生物组装纳米晶体中,制造具有精确手性对称的纳米级物体通常难以实现,因此需要引入 “非精确对映体” 概念。手性纳米晶体领域的另一显著特征是,在利用定向手性照明对基底上的纳米晶体进行光学和光化学实验时,经典的开尔文手性定义不再适用,此时需要运用二维系统中的赝手性概念。通俗来讲,这些新概念被称为 “后巴斯德手性”,以色列和日本的同行则称之为 “手性材料科学革命”。本综述主要关注大多由金制成的等离子体纳米晶体及其生物共轭物,因为这些纳米材料能很好地阐释这些新颖的手性概念 。

总结


本文回顾了手性纳米晶体(NCs)领域的最新进展,重点聚焦于等离子体纳米晶体。这类纳米材料在光照下,能将电磁能量集中在其周围,可用于高效生物传感、不对称光催化和光操控 。

文章从开尔文勋爵对手性的定义展开讨论,描述了随着分子变得越来越复杂,对映体对是如何出现的。与巴斯德提出的分子手性进行对比,探讨了缺乏精确镜像对称的纳米级对映体,即所谓的非精确对映体,以及它们为何会从根本上出现。

手性本质上是一个描述完美镜像对的三维(3D)概念,而赝手性这一新颖性质有助于理解二维(2D)系统,包括圆偏振光下等离子体生长的情况。本综述涵盖的主题包括生物模板化纳米晶体、手性生物组装、手性从生物分子到纳米晶体的转移、三维和二维系统中的手性与赝手性、圆偏振激发下纳米晶体的生长等 。

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