small:具有手性晶格的金属手性纳米颗粒

市场上超过80%的药物是手性药物。当一对手性对映体药物进入生物体后,通常会展现出不同的药理活性,其中一种手性对映体是有药效的、而另一种可能是无药效、甚至有致命的副作用。因此“调控”分子的手性、制备生产具有药效的单一手性对映体分子(即不对称合成)是现代化学的一个非常重要的研究方向,在药理学以及医学上的意义重大。一般情况下,一对手性对映异构体不同的活性只会在手性环境中展示出来。因此,若要有效地调控分子手性,则需要一个于其尺寸相当且具有手性的媒介。近年来,手性金属微、纳米材料具有可调控的组分、结构、表面等离子体共振、光学活性等特点而被广泛使用为手性媒介。然而,一部分手性金属材料具有微、纳米尺度的手性结构,与分子尺度不匹配,无法有效调控分子手性;另一部分具有由手性配体分子诱导的原子尺度手性结构,但由于手性配体的存在让人们无法区分分子手性的调控是来自于手性金属原子结构还是来自于手性配体。众所周知,在热力学稳定态下块体金属的原子是非手性密堆积排列的。在纳米尺度下,没有手性配体的诱导是无法形成手性金属原子排列;而形成之后,如果将手性配体除去,金属原子的手性排列通常会退化成热力学稳定态下的非手性排列。因此纳米材料学家渴望制备出无需由手性配体稳定的、具有手性金属原子排列的金属纳米材料。

近日,香港浸会大学物理系黄陟峰教授的科研团队结合其他科研小组的研究成果,总结提出了“具有原子尺寸手性结构的手性金属纳米颗粒”新概念,其手性结构来源于无需手性配体稳定的金属原子手性晶格。作者们对这种手性金属纳米颗粒的制备方法、特殊的表面手性特性、以及初步的手性应用展开了一系列的讨论,发表在small期刊(DOI:10.1002/smll.202001473)

不同于一般的手性纳米颗粒,这种新型手性金属纳米颗粒其手性来源于颗粒内部以及表面的手性原子晶格,包括过量的孪生晶格、晶界中的手性缺陷、波浪状手性晶格、以及复制了手性配体分子结构的手性原子排列。前面三种手性原子排列是在没有手性配体的情况下,在金属原子沉积过程中通过施加手性剪切力而形成的。手性金属纳米颗粒不仅展现出与手性分子强度相当的表面等离子体共振光学活性,而且还显示出独特的分子对映选择性(即“左”手性金属原子晶格表面与“左”手性分子的相互作用强于“右”手性分子;反之亦然)。利用这两种独特的手性效应,手性金属纳米颗粒已被用于增强分子手性信号,并作为手性催化剂用于不对称光、电合成。未来可将这一类新型手性金属纳米颗粒用于一系列与手性分子相关的重要科学研究,包括手性分子的灵敏检测、手性对映体的高效分离、生物传感与成像、疾病诊断与治疗、不对称催化等领域。