凹面增强的各向异性纳米粒子手性自组装实现强手性光学活性

本研究通过牛血清白蛋白(BSA)诱导凹面金纳米哑铃(GNDs)的手性自组装，成功构建了具有强手性光学活性的螺旋堆叠侧向组装体(SSAs)，其不对称因子(g-factor)高达0.23。研究揭示了凹面几何结构显著增强组装体手性和稳定性的机制，并展示了其在诱导圆偏振发光(CPL)中的应用潜力，为手性等离子体纳米材料的设计提供了新思路。

　　

在纳米科技领域，手性等离子体材料因其独特的光-物质相互作用特性，在生物传感、不对称催化和光学器件等领域展现出巨大潜力。然而，如何通过简单高效的方法将非手性纳米粒子组装成具有高手性光学活性的超结构，一直是该领域面临的重大挑战。传统方法制备的手性组装体往往存在光学不对称性弱、稳定性差等问题，且难以实现单一手性控制。

北京大学化学与分子工程学院的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。该工作创新性地采用具有凹面结构的金纳米哑铃(GNDs)作为组装基元，通过牛血清白蛋白(BSA)诱导实现了高选择性的手性自组装。研究人员发现，这种独特的凹面几何结构不仅能促进纳米粒子的螺旋堆叠，还能显著增强组装体的手性光学响应和结构稳定性。所获得的侧向组装体(SSAs)表现出高达0.23的不对称因子(g-factor)，创下了非手性纳米粒子自组装体系的手性光学活性新纪录。

研究采用了多种关键技术方法：通过种子介导法合成具有精确凹面结构的金纳米哑铃；利用牛血清白蛋白诱导手性自组装；采用硅壳包覆技术稳定组装结构；结合液体相透射电镜和冷冻电镜表征原位组装形貌；通过有限元方法(FEM)模拟计算光学性质；构建双池系统研究圆偏振发光特性。

在"BSA-induced chiral self-assembly of GNDs"部分，研究揭示了BSA通过降低静电排斥和提供手性微环境，诱导GNDs形成以右旋为主的螺旋堆叠结构。电镜观察显示组装体主要呈现38.3±5.6°的扭转角，统计证实右旋构型占比达73.9%。

"Numerical simulations of chiroptical properties"部分通过有限元模拟阐明了结构-光学活性关系。模拟显示凹面结构比传统纳米棒(GNRs)产生更强的近场增强效应，六聚体的理论g-factor可达0.54。扭转角(θ)和尖端宽度(D)是影响手性光学响应的关键参数。

"Stability and CPL of chiral GND assemblies"部分证实凹面结构赋予组装体优异的热稳定性。在50-60°C高温下，GND组装体保持手性不变，而GNR组装体则出现手性反转。将组装体作为纳米偏振器，成功诱导CdTe量子点产生圆偏振发光(CPL)，发光不对称因子(g_lum)达0.12。

这项研究的重要意义在于：首先，提出了"凹面增强手性组装"的新策略，通过精确设计纳米基元几何形状实现了手性光学活性的数量级提升；其次，建立了手性组装体的结构-性能关系模型，为理性设计手性纳米材料提供了理论指导；最后，展示了这些材料在圆偏振发光等光学应用中的潜力。该工作不仅推动了手性纳米材料的基础研究，也为开发新型光学器件、生物传感器和防伪材料开辟了新途径。