手性金納米顆粒實現圓偏振光的精準區分與識別

螳螂蝦被稱為“活化石”，起源于恐龍時代。螳螂蝦的復眼擁有數量眾多的小眼，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。可以說，螳螂蝦之所以能存活至今，與它擁有世界上最復雜的視覺系統不無關系。

受此啟發，江南大學食品科學與技術國家重點實驗室胥傳來教授團隊將手性金納米顆粒組裝排列形成金納米膜，實現了圓偏振光的精準區分與識別，研究工作于3月15日在《自然—納米技術》上在線發表。

論文共同通訊作者、江南大學教授匡華告訴《中國科學報》：“左圓偏振光(LCP)和右圓偏振光(RCP)的區分是一個重大的科學挑戰。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，他們設計了利用圓偏振光照射手性金納米膜通道驅動離子傳輸，實現了對偏振光的高靈敏檢測。具體而言，研究團隊制備了手性金納米膜通道，連通電化學裝置兩側的離子溶液，在金納米膜一側放置激光器，通過偏振片和四分之一波片調制圓偏振光，監測離子電流—時間變化趨勢，建立對入射光偏振度的高靈敏檢測方法。

“令人高興的是，我們發現光電流信號與光的偏振特性具有明顯的關聯。”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，發現只有苯丙氨酸分子為手性配體時，產生最高的光電流響應。”苯丙氨酸分子在金納米顆粒表面形成厚度約為2納米的手性有機分子層，而其他候選手性配體均無此現象。

研究團隊使用L-苯丙氨酸為配體制備的單層金納米膜在RCP照射下產生的光電信號強度為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照射下產生的光電信號強度為RCP照射下的1.50倍。

“我們構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，均表現出完全一致的光電流結果，明顯提升了圓偏振光檢測的準確性。”胥傳來補充說。

研究團隊聯合美國密歇根大學教授Kotov、以色列魏茲曼研究所教授Klajn，對手性金膜區分圓偏振光的機制進行了深入研究。結果發現，在左旋和右旋圓偏振光照射下，手性金納米膜被激發的電子數量存在明顯差異。苯丙氨酸配體在金納米顆粒表面形成有機層，使得光照下的電子衰減被有效抑制，在金納米膜兩側形成電勢差，從而驅動離子運輸產生光電流。

胥傳來團隊長期開展手性納米材料制備與功能研究，關注手性結構的生物效應和器件化。未來，該團隊計劃繼續開展手性界面感知表面分子構象的研究，拓展手性納米材料在生物成像、生命活動調控中的新應用。(作者：李晨)

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