螳螂蝦被稱為“活化石”，起源于恐龍時(shí)代。螳螂蝦的復(fù)眼擁有數(shù)量眾多的小眼，這些小眼有序排列，能夠使其看到光的偏振特性，幫助自己捕獵或躲避天敵?？梢哉f，螳螂蝦之所以能存活至今，與它擁有世界上最復(fù)雜的視覺系統(tǒng)不無關(guān)系。

受此啟發(fā)，江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胥傳來教授團(tuán)隊(duì)將手性金納米顆粒組裝排列形成金納米膜，實(shí)現(xiàn)了圓偏振光的精準(zhǔn)區(qū)分與識別，研究工作于3月15日在《自然—納米技術(shù)》上在線發(fā)表。

論文共同通訊作者、江南大學(xué)教授匡華告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“左圓偏振光(LCP)和右圓偏振光(RCP)的區(qū)分是一個(gè)重大的科學(xué)挑戰(zhàn)。左和右手性光子差異通常不超過百分之一。而納米通道的限域傳輸為有效放大微觀信號提供了潛在的可能。”

為此，他們設(shè)計(jì)了利用圓偏振光照射手性金納米膜通道驅(qū)動離子傳輸，實(shí)現(xiàn)了對偏振光的高靈敏檢測。具體而言，研究團(tuán)隊(duì)制備了手性金納米膜通道，連通電化學(xué)裝置兩側(cè)的離子溶液，在金納米膜一側(cè)放置激光器，通過偏振片和四分之一波片調(diào)制圓偏振光，監(jiān)測離子電流—時(shí)間變化趨勢，建立對入射光偏振度的高靈敏檢測方法。

“令人高興的是，我們發(fā)現(xiàn)光電流信號與光的偏振特性具有明顯的關(guān)聯(lián)。”論文第一作者蔡佳蓉博士說，“我們嘗試了近20種手性配體制備手性金納米顆粒，發(fā)現(xiàn)只有苯丙氨酸分子為手性配體時(shí)，產(chǎn)生最高的光電流響應(yīng)。”苯丙氨酸分子在金納米顆粒表面形成厚度約為2納米的手性有機(jī)分子層，而其他候選手性配體均無此現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊(duì)使用L-苯丙氨酸為配體制備的單層金納米膜在RCP照射下產(chǎn)生的光電信號強(qiáng)度為LCP照射下的1.47倍;反之亦然。D-苯丙氨酸為配體的單層納米膜在LCP照射下產(chǎn)生的光電信號強(qiáng)度為RCP照射下的1.50倍。

“我們構(gòu)建的手性金納米膜檢測圓偏振光，不受光的入射角度影響，在45°到90°的入射光角度范圍內(nèi)，均表現(xiàn)出完全一致的光電流結(jié)果，明顯提升了圓偏振光檢測的準(zhǔn)確性。”胥傳來補(bǔ)充說。

研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國密歇根大學(xué)教授Kotov、以色列魏茲曼研究所教授Klajn，對手性金膜區(qū)分圓偏振光的機(jī)制進(jìn)行了深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在左旋和右旋圓偏振光照射下，手性金納米膜被激發(fā)的電子數(shù)量存在明顯差異。苯丙氨酸配體在金納米顆粒表面形成有機(jī)層，使得光照下的電子衰減被有效抑制，在金納米膜兩側(cè)形成電勢差，從而驅(qū)動離子運(yùn)輸產(chǎn)生光電流。

胥傳來團(tuán)隊(duì)長期開展手性納米材料制備與功能研究，關(guān)注手性結(jié)構(gòu)的生物效應(yīng)和器件化。未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)開展手性界面感知表面分子構(gòu)象的研究，拓展手性納米材料在生物成像、生命活動調(diào)控中的新應(yīng)用。(作者：李晨)

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