作者:Elhuyar Fundazioa 具有化学生长的准螺旋(手性)特征的金纳米粒子的三维可视化(通过电子断层扫描获得)，这为它们提供了与圆偏振光相互作用的特殊能力
学分:安特卫普大学阿德里安·佩德罗索·塔达霍斯
在伊克尔巴斯克教授路易斯·利兹-马尔赞的领导下，生物材料合作研究中心的研究人员开发了一种机制，通过这种机制，金原子通过化学还原沉积在先前形成的金纳米棒上，产生准螺旋结构(粒子获得手性)
这种几何形状使得这些“纳米螺钉”与圆偏振光的相互作用比任何其他已知物体更有效
这些特性可以导致以非常选择性和非常灵敏的方式检测生物分子
我们现在拥有的是一种通用的、可重复的机制，它可用于制备具有强手性光学活性的纳米粒子
这项研究已经发表在著名的科学杂志《科学》上
在许多领域中，光和物质之间的相互作用被用来探测物质
基本上，光照射在材料上，并被非常明亮或非常选择性地吸收或反射，这取决于粒子的尺寸和几何形状以及入射光的类型
在纳米等离子体领域工作的路易斯·利兹·马尔赞领导的研究小组使用贵金属纳米粒子，如金或银，“因为光以特殊的方式与这种类型和尺寸的粒子相互作用，”中投生物制药公司的科学总监利兹·马尔赞解释说
“在这种情况下，我们研究了这些手性金纳米粒子与圆偏振光之间的相互作用
" 光通常不是偏振的，换句话说，在光束中，波实际上向任何方向扩展
“极化时，波只向一个方向走；当它被圆偏振时，波顺时针或逆时针旋转，”研究人员补充说
“手性物质倾向于吸收特定圆偏振的光，而不是相反方向偏振的光
" 手性是一种发生在所有尺度上的现象:手性物体不能有它的镜像叠加在上面；例如，一只手是另一只手的镜像，它们是相同的，但是如果一只手叠加在另一只手上，手指的位置就不重合
同样的事情发生在“一些生物分子中；一个分子不能叠加在它的镜像上的事实引发了许多生物学过程
例如，一些疾病是由于负责特定作用的手性物质的两种形式之一失去识别而引起的，”利兹-马尔赞说
纳米物体的三维制造 正如Ikerbasque教授所解释的，“我们所做的是寻找一种机制来引导金原子沉积到预先以棒的形式制造的纳米粒子上，从而使这些原子根据实际上的螺旋结构沉积，这是一种‘纳米螺旋’
“这样，粒子本身就获得了一种手性几何形状
这一新策略是基于超分子化学机制，换句话说，是基于通过分子间相互结合而不形成化学键而获得的结构
利兹-马赞断言“这实际上意味着能够在纳米尺度上控制材料的结构，但是在同一个纳米粒子内部；换句话说，它包括在纳米物体上的三维制造
实际上，这几乎就像是一个原子一个原子地决定它们的位置，以获得真正复杂的结构
" 为了让这些纳米粒子生长，“圆柱形粒子被肥皂分子和表面活性剂所包围
在普通肥皂分子的中间，我们放置了具有分子手性的添加剂，因此超分子相互作用使它们在具有几乎螺旋结构的金属棒的表面上变得有组织，反过来引导具有相同结构的金属的生长，这给了它我们所寻求的手性
因此，我们实际上可以在圆偏振光光谱检测中获得最大的效率
" 一个选定的手性金纳米粒子的动画3D可视化，随后是在圆偏振光束存在下，各种这样的粒子在水中移动的图示
当其中一个粒子进入光路时，光的偏振态就会改变
信用:佩德罗拉莫斯卡布勒，中投生物制药 利兹-马尔赞证实，该过程可以推广到其他类型的材料:“我们已经看到，当应用相同的策略时，铂原子可以沉积到具有相同螺旋结构的金纳米棒上
因此，在它们的光学性质的应用和催化领域的其他应用中(铂是一种非常有效的催化剂)，都有许多可能性
与此同时，它可能导致手性分子合成的巨大改进，这将具有生物和治疗的重要性
“这种机制也可以应用于新的生物医学成像技术，用于制造传感器等
“我们相信，这项工作将为其他研究人员开辟许多途径，正是因为这种机制的普遍性可以用于许多不同的分子
前面还有很多工作要做，”他说
这项研究是由中投生物制药公司进行和协调的，但是他们有来自其他组织的研究小组的合作
其中包括马德里康普顿斯大学(计算机计算显示了当两种表面活性剂混合时螺旋结构的形成)、维戈大学和埃斯特雷马杜拉大学(粒子光学性质的理论计算)和安特卫普大学(获得三维电子显微镜图像和制作的粒子动画重建)
三维绘制纳米手性 理解这些复杂的纳米粒子组件的行为的关键是密切了解它们的结构
当处理如此复杂的三维形态时，二维成像根本不行
由教授领导的EMAT团队
安特卫普大学的萨拉·巴尔斯是世界领先的三维纳米粒子成像电子显微镜小组
通过拍摄从多个视角采集的一系列二维图像，它们可以与专门设计的计算机代码结合，生成粒子的三维表示
这就是所谓的透射电子断层扫描方法，这是纳米科学中的一个重要工具，帮助世界各地的研究人员可视化纳米粒子，了解它们的结构和形成方式
EMAT团队更进一步了解了这些前所未有的纳米棒显示的手性特性的来源
通过开发一种方法，在预先获得的层析成像上使用三维快速傅立叶变换来研究单个粒子的三维周期性，在结构中发现了重复的图案
“纳米粒子似乎显示出长程手性结构，但我们如何以有意义的方式识别这一点，以了解纳米粒子的性质？”教授问道
巴尔斯
通过使用这种技术映射周期性结构，在三维快速傅立叶变换图案中出现了特征性的X形
科学家以前见过这种特征指纹；在革命性的x光衍射实验中，发现了最著名的手性结构——我们的基因
使用该特征模式作为输入，识别具有螺旋特征的重建中的区域
此外，“我们开发的技术不仅允许我们识别手性结构，还可以告诉我们每个纳米粒子的手性，”教授说
巴尔斯
这种复杂的手性纳米粒子的制备和表征是达到关键科学里程碑的重要一步
人们一度认为生物上层建筑的复杂性是无法人为制造的
然而，随着人们对纳米结构设计和生长的理解不断加深，科学家们可以为特定的应用量身定制逐原子设计的材料，从而不断推进材料设计的前沿
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
