納米螺旋結構中的手性信息與激發態能量的多重傳遞

韓布興

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納米螺旋結構中的手性信息與激發態能量的多重傳遞

韓布興

(中國科學院化學研究所，膠體、界面與化學熱力學實驗室，北京 100190)

作為三維物體的基本屬性之一，手性廣泛存在于自然界中。對于手性的研究不僅有助于我們加深對地球生命甚至宇宙起源的認識，而且在生命科學、以及材料科學等領域也有著重要的作用。在手性科學研究中，除了分子層次的手性以外，分子以上層次尤其是納米尺度上的手性問題研究正在引起人們的廣泛興趣1,2。生命體系中有機分子自下而上的多級次組裝是生命世界形成的主要形式之一。這種多級次組裝體系中的信號傳遞、能量轉移、手性信息的交互等決定著生理機能的運行本質3,4。因此，越來越多的研究都集中在模擬生命體系中各種信息的傳遞、轉移、遷移、轉換和交互的過程。在人工超分子自組裝體系的手性研究中，大部分工作都集中在單一手性信息通道的研究，將手性和能量信息通道結合起來研究并獲得放大的功能的報道很少。

最近，國家納米科學中心段鵬飛研究員課題組和中國科學院化學研究所劉鳴華研究員課題組合作，成功地將手性信息和圓偏振發光能量集成構筑在自組裝的納米螺旋纖維中，并研究了手性信息和能量信息在復合超分子納米螺旋纖維結構中的傳遞和表達，相關結果發表在上5。他們設計合成了一個含有手性谷氨酰胺衍生物的凝膠因子，分子內核含有一個具有自組裝誘導的熒光增強特性的發光基團。他們發現，這個分子具有很好的自組裝特性，在二甲基亞砜/水混合溶劑中可以形成非常穩定的凝膠。詳細的形貌和手性光譜研究表明，在分子組裝形成納米螺旋結構的過程中，手性信息成功地從分子尺度傳遞到超分子層次上。當將非手性的9,10-雙苯乙炔基蒽染料摻雜到凝膠體系中，染料和凝膠因子可以發生共組裝形成納米螺旋結構。并且在共組裝的過程中，凝膠因子的手性在超分子層次上傳遞到原本非手性的染料分子上。從能量轉移的角度講，在共組裝的納米螺旋纖維中，凝膠因子可以通過熒光共振能量轉移的方式將能量傳遞給染料受體。這樣在自組裝的納米螺旋結構中成功地構筑了基于手性和能量的雙通道信息傳遞系統。進一步研究組裝體系的圓偏振發光時發現，在凝膠因子受到光激發，再通過熒光共振能量轉移將能量傳遞給染料受體后，受體發射的圓偏振熒光的發光不對稱因子(lum)比直接激發受體所表現出的不對稱因子增強了2.5倍。因此，在復合體系中，非手性的受體分子可以同時捕獲給體的手性和能量，同時表現出超分子手性和能量轉移放大的圓偏振發光。

這一研究成果提出了自組裝體系中手性和能量傳遞的新思路，為研究和設計新的手性功能組裝材料提供了全新的啟示。

(1) Cornelissen, J.; Rowan, A. E.; Nolte, R. J. M.; Sommerdijk, N.2001,, 4039. doi: 10.1021/cr990126i.

(2) Liu, M. H.; Zhang, L.; Wang, T. Y.2015,, 7304. doi: 10.1021/cr500671p

(3) Beljonne, D.; Curutchet, C.; Scholes, G. D.; Silbey, R. J.2009,, 6583. doi: 10.1021/jp900708f

(4) Struempfer, J.; Sener, M. ; Schulten, K.2012,, 536. doi: 10.1021/jz201459c

(5) Yang, D.; Duan, P. F.; Zhang, L.; Liu, M. H.2017,, 15727. doi: 10.1038/ncomms15727

Hierarchical Transfer and Communication of Chiroptical Information and Excited Energy in Nanohelix

HAN Buxing

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10.3866/PKU.WHXB201706261