殷亚东教授最新Science：手性超结构的磁性组装方法

殷亚东教授最新Science：手性超结构的磁性组装方法

【导读】

胶体粒子的超结构能够以手性对称性进行组装。手性组装的驱动力是粒子或结构本质上是手性的，或者通过吸附的表面分子和模板产生手性(通常为螺旋结构)或通过光刻方法呈现。手性超结构，特别是由等离激元纳米颗粒制成的手性超结构，在圆偏振光激发下具有圆二色性(CD)等独特的光学性质，具有开发电、光传感器和器件的潜力。模板组装和光刻已经被用于通过CD光谱的变化来创建用于感知外部刺激的手性超结构。例如，DNA模板组装可以将DNA模板的螺旋构型转移到许多纳米结构中，并用于监测温度和化学结合的变化。总之，胶体组装成手性超结构通常是通过模板或光刻图案化的方法来完成的，这些方法仅适用于窄尺寸范围内具有特定成分和形貌的材料。

【成果掠影】

今日，美国加州大学河滨分校殷亚东教授课题组研究发现，手性超结构可以通过在从分子到纳米和微结构的所有尺度上对任何化学组成的材料进行磁性组装来快速形成。本工作证明了四极场手性是由空间中一致的场旋转引起的永磁体产生的。将手性场施加到磁性纳米颗粒上可以产生由样品处的场强和磁体取向控制的长程手性超结构。通过将金属、聚合物、氧化物、半导体、染料和荧光团等客体分子引入到磁性纳米结构中，可以将手性转移到任何非手性分子。相关论文以题为“A magnetic assembly approach to chiral superstructures”发表在Science上。

【数据概况】

图1. 永磁体的四极场手性 © 2023 AAAS

图2. 将Fe₃O₄/Au杂化纳米棒磁组装成手性超级结构© 2023 AAAS

图3. 组装超结构的可调谐CD光谱© 2023 AAAS

图4. 组装超结构的可调谐CD光谱和旋光色散© 2023 AAAS

图5. 非手性分子的全尺度磁性组装成手性超结构© 2023 AAAS

【成果启示】

综上所述，立方永磁体局域场矢量的一致旋转，在4个象限内形成左右手交替磁场的四极场手性。这种手性磁场诱导磁性纳米棒组装成手性超结构，手性和手性由磁场的局部特征决定。该策略允许从各种化学化合物(等离子激元材料，聚合物，氧化物，金属，半导体，荧光纳米结构和分子部分)的纳米结构中远程、可逆和瞬时组装手性超结构，并在广泛的光谱和圆偏振发光范围内主动调节它们的CD响应，只要它们能适当地结合到磁性纳米棒上。通过将形成的超结构嵌入到聚合物基底中，可以在所有尺度上固定这些化合物的手性，这可以通过在聚合过程中施加外部磁场来实现。这种简单的策略使得手性超结构在没有外部磁场的情况下具有非挥发性，并且非常适合便携式的手性光学器件。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg265