山東大學在自組裝手性納米結構和光學活性功能拓展上取得進展

2020-12-06 騰訊網

近日，山東大學化學與化工學院邢鵬遙教授課題組在自組裝手性納米結構和光學活性功能拓展上取得進展，相關成果分別發表在ACS Nano[ACS Nano. 2020, 14, 2522] 和Angew. Chem. Int. Ed.[2020, DOI: 10.1002/anie.202003351.]上。論文的第一作者分別是2019級碩士研究生趙建劍和2018級碩士研究生王卓爾，邢鵬遙教授為獨立通訊作者，山東大學化學與化工學院為唯一通訊單位。

TBIB、BBIB、TA和MA的分子結構，以及具有可調手性的手性自組裝體

偏振光對於增強信息存儲和顯示等複雜視覺效果來說是至關重要的。圓偏振光的吸收和發射會產生圓二色性（CD）和圓偏振發光（CPL）。具有這種手性活性的材料正在3D顯示、手性開關、生物傳感、無創生物醫學診斷和不對稱催化等方面發揮著越來越重要的作用。與直接手性植入軸向手性生色團或等離子體納米顆粒相比，自組裝是手性材料合成的有效途徑。近年來，具有特定吸收性或發光性的無機納米材料，例如金納米棒、量子點、鈣鈦礦納米晶體，經過表面改性後，能夠在手性自組裝模板上形成不對稱取向。目前，大家廣泛採用的是通過具有π-π堆積、電荷轉移、靜電和氫鍵相互作用等結合位點的有機發光體與手性組分單元共同組裝，以易於控制誘導的手性、CD和CPL。關於手性光學材料合成的當前挑戰集中在以下方面：精確控制左旋或右旋、CD波長範圍或CPL發光顏色；高不對稱性g因子，包括gabs和glum；高合成產率和高保真度。為了解決這些問題，作者在文章中敘述了利用水溶性天然羥基酸和苯並咪唑衍生物之間的氫鍵相互作用，通過活化的手性反應對共組裝材料進行高通量合成的方法。選擇具有C3和C2對稱性的三位和二位苯並咪唑（TBIB和BBIB）作為羧基粘合劑，引入已在宏觀手性誘導中使用的D/L-酒石酸（TA）和D/L-扁桃酸（MA）以產生八種（2×4）潛在的共組裝組合（圖.1）。

多組分複雜手性共組裝的構築

相對於多肽序列來說，無論是從分子層次到納米層次，獨立的胺基酸長期被認為是構築功能螺旋結構不利的構築基元。由於胺基酸組裝缺乏足夠的氫鍵位點，胺基酸組裝在手性光學方面應用受到了限制。通過在N端修飾稠環芳基，作者發現封端胺基酸可以組裝成在分子層次上的類α-helix的螺旋結構，其可以進一步在小分子的誘導下形成模塊化的、三組分螺旋手性結構。複合結構的超分子手性徵以及手性光學特徵可以得到精準的調控。

上述工作得到國家自然科學青年基金、江蘇省青年基金、山東大學齊魯學者啟動基金，以及山東大學學科交叉創新團體基金的支持。儀器測試得到山東大學結構成分與物性測量平臺的支持。

來源 山東大學

論文連結：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00352

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003351

喜歡就點「在看」，開啟價值時刻！

相關焦點

  • ...遙教授課題組在自組裝手性納米結構和光學活性功能拓展上取得進展
    2020線上API展會，碼上看導讀近日，山東大學化學與化工學院邢鵬遙教授課題組在自組裝手性納米結構和光學活性功能拓展上取得進展，相關成果分別發表在ACS Nano [ACS Nano. 2020, 14, 2522] 和Angew. Chem. Int.
  • 中國科大新型手性無機納米材料的研製取得新進展
    手性材料在推動生物標記、手性分析和檢測、對映異構體選擇性分離、偏振相關光子學和光電子學應用等領域的發展具有重要意義。目前，傳統手性納米材料主要是通過引入手性配體或構造螺旋結構等電偶極矩調控方式構築，但這類手性材料在環境穩定性和導電性方面通常存在局限性，極大地限制了其實際應用。探索新的調控機制並構築新型手性納米功能材料是突破這一科學瓶頸的新途徑。
  • 中美團隊新型手性無機納米材料研製取得新進展—新聞—科學網
    教授團隊開展多方合作，在新型手性無機納米材料合成研究中取得突破性進展。 該成果近日在線發表在《自然納米技術》雜誌上。 手性材料在推動生物標記、手性分析和檢測、對映異構體選擇性分離、偏振相關光子學和光電子學應用等領域的發展具有重要意義。 目前，傳統手性納米材料主要是通過引入手性配體或構造螺旋結構等電偶極矩調控方式構築，但這類手性材料在環境穩定性和導電性方面通常存在局限性，極大地限制了其實際應用。
  • 利用DNA引導異質結構自組裝研究取得進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心研究員丁寶全課題組等在利用形狀匹配策略調控DNA引導的異質結構自組裝研究中取得新進展。納米粒子的形狀可以影響納米粒子之間的相互作用，從而決定納米粒子的組裝取向以及組裝產物結構，並最終影響組裝體的性質。形狀匹配自組裝策略在納米粒子，特別是在不同形狀的納米粒子的自組裝中很少被採用，很大程度上是因為合成具有形狀互補的納米粒子以及引導粒子間的相互識別上存在的挑戰。因此，開發新的基於形狀匹配的自組裝策略，用於特定異質結構的組裝體構建很有必要。
  • Small:具有強線性光學活性和高環境感應敏感度的二元合金手性納米顆粒
    早前香港浸會大學黃陟峰教授的科研小組針對這一問題， 使用大傾斜角物理氣相沉積法製備出手性納米金屬顆粒，設計螺距可低至2納米。然而亞10納米螺距的手性金屬納米顆粒，由於螺距遠短於紫外-可見光的波長，導致其線性光學活性（即手性納米顆粒對左、右圓偏振光的不同吸收）大大減弱；對圓偏振光調控的減弱，極大限制了手性納米顆粒的應用。如何增強手性金屬納米顆粒的線性光學活性，是一個非常具有挑戰的重要基礎科學問題。
  • 利用自組裝結構調控表界面化學反應構建納米材料圖案方面取得進展
    表界面化學反應是在物質兩相之間的界面上發生的物理化學過程，通過限制反應物的構象、取向及選擇性，可以控制化學反應的活性中心及速率，在物理化學及相關領域起著重要的作用。金屬及金屬氧化物的圖案化製備為構築納米催化系統以及構建光學和電子學器件提供基礎。
  • 納米中心丁寶全課題組利用DNA引導異質結構自組裝方獲新進展
    近日，國家納米科學中心丁寶全課題組在利用形狀匹配策略調控DNA引導的異質結構自組裝方面取得新進展。形狀匹配自組裝策略在納米粒子，特別是在不同形狀的納米粒子的自組裝中很少被採用，很大程度上是因為合成具有形狀互補的納米粒子以及引導粒子間的相互識別上存在的巨大挑戰。因此開發新的基於形狀匹配的自組裝策略，用於特定異質結構的組裝體構建很有必要。在前期的工作中，丁寶全課題組通過調控DNA自組裝結構表面指定位點的分子間作用，成功實現了金屬及金屬氧化物圖案的可控排布（J. Am. Chem.
  • 國家納米科學中心與北京化工大學、清華大學多個團隊合作在自組裝納米材料構築無輔因子的氧化模擬酶研究方面取得進展
    近日，國家納米科學中心丁寶全課題組、施興華、王會課題組和北京化工大學王振剛課題組、清華大學劉冬生教授合作，在生物分子自組裝催化領域取得新進展。　　丁寶全課題組在自組裝生物分子的功能化方面已經取得一系列進展（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 15486; Nature Biotechnol., 2018, 3, 258; Nature Mater., 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6）。
  • 上海交大研究團隊在合成光學活性無機材料方面取得突破
    雖然已經有許多關於納微級別仿生花方面的研究報導，但是納米花的手性並沒有得到嚴格的定義。具有光學活性的無機材料根據電磁波與材料的相互作用機理的不同，可以分為基於散射的、折射的以及吸收的光學活性材料。手性無機納米材料表現出了特殊的電學、光學、催化等性質，在非線性光學、不對稱催化以及手性拆分等領域有著更加廣泛的應用前景。
  • 中科大鄒綱教授/波士頓大學陳忻教授《Nat.Commun.》:在高效構建光學活性聚二乙炔功能材料及手性圖案化方面取得新進展
    手性是自然界的基本屬性之一，引入手性結構，聚合物將表現出許多獨特的物理化學性能，因此合成特定手性結構的共軛聚合物材料，研究其獨特的物理化學性質和優異的光、電、磁響應性能，已成為當今高分子科學領域研究的熱點之一。光學活性聚二乙炔（PDA）功能材料表現出許多獨特的性質如手性分子識別、圓偏振螢光等，在對映體選擇傳感、新型手性微納光子學器件等領域具有重要潛在應用。
  • 天津大學團隊在仿病毒製備多肽靶向藥物載體方面取得新進展
    ，該校化工學院齊崴教授團隊近日在仿病毒製備肽基靶向藥物載體方面取得新進展。利用天然病毒的靶向特性，通過肽序列設計，採用多肽自組裝策略，仿造病毒結構與功能，製備出非致病、可穿膜、並能定向遞送基因藥物的仿病毒納米顆粒，有望作為「特洛伊木馬」實現「以毒攻毒」。　　病毒是由核酸和蛋白質通過共組裝形成的納米顆粒，由於病毒表面獨特的囊膜蛋白結構，使其能夠與宿主細胞受體蛋白進行靶向結合，實現對特定細胞的侵染以及遺傳物質的遞送。
  • 西安光機所在納米可控手性光場產生方面取得進展
    日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室研究員姚保利團隊在納米可控手性光場產生方面取得進展，相關研究成果在線發表於Nanoscale。手性指的是一種物體在二維平面內無法通過任何平移和旋轉而與其鏡像重合的不對稱性，廣泛存在於自然界和生命體中。手性分子通常以左手（左旋）和右手（右旋）形式成對出現，稱之為手性異構體或對映體。
  • 華中科技大學鄭炎松教授《Mater. Horiz.》: 用自組裝螺旋纖維再次自組裝新概念最大幅度提升手性材料CPL信號
    手性分子CPL性能能否在實際中應用，它們的螢光量子產率高低和CPL不對稱因子大小是關鍵因素。手性有機分子往往具有高的螢光量子產率，但CPL不對稱因子一般只有10-5至10-3，遠小於理論值。為解決這一問題，一般是使用有機螢光分子自組裝生成超級螺旋纖維來提升CPL強度，但不對稱因子一般也只能達到10-2數量級。
  • 中科大俞書宏院士等人合成新型手性無機納米材料
    目前，傳統手性納米材料主要是通過引入手性配體或構造螺旋結構等電偶極矩調控方式構築，但這類手性材料在環境穩定性和導電性方面通常存在局限性，極大地限制了其實際應用。探索新的調控機制並構築新型手性納米功能材料是突破這一科學瓶頸的新途徑。
  • 科學家實現新型手性無機納米材料設計合成—新聞—科學網
    近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊與國家納米科學中心唐智勇研究員課題組、多倫多大學愛德華·薩金特教授團隊開展多方合作，在新型手性無機納米材料合成研究中取得突破性進展
  • 【光學】當分子自組裝遇上非線性光學
    副標題：加州大學聖地牙哥分校熊偉課題組和頻振動光譜顯微鏡方向取得重大進展分子自組裝是指分子在不受人為幹預的情況下
  • 中新社:天津大學團隊在仿病毒製備多肽靶向藥物載體方面取得新進展
    本站訊（記者 張道正 通訊員 劉曉豔）記者10日從天津大學獲悉，該校化工學院齊崴教授團隊近日在仿病毒製備肽基靶向藥物載體方面取得新進展。利用天然病毒的靶向特性，通過肽序列設計，採用多肽自組裝策略，仿造病毒結構與功能，製備出非致病、可穿膜、並能定向遞送基因藥物的仿病毒納米顆粒，有望作為「特洛伊木馬」實現「以毒攻毒」。
  • 自組裝納米材料構築無輔因子的氧化模擬酶研究獲進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心丁寶全課題組與施興華、王會課題組，聯合北京化工大學王振剛課題組、清華大學教授劉冬生，在生物分子自組裝催化研究領域取得新進展丁寶全課題組在自組裝生物分子的功能化研究方面已取得一系列進展（Angewandte Chemie International Edition， 2018， 57， 15486； Nature Biotechnology， 2018， 3， 258； Nature Materials， 2020， DOI： 10.1038/s41563-020-0793-6）。
  • 手性環狀納米結構研究獲新發現—新聞—科學網
    華東理工大學材料學院教授林嘉平團隊在手性環狀納米結構的製備上取得了新發現。相關研究成果近日發表於《德國應用化學》，並已入選熱門論文。然而，目前所知，在納米尺度同時具有環和手性兩個特徵的多級結構尚未見報導。 華東理工大學研究人員發現，聚（γ-苄基-L-穀氨酸酯）（PBLG）均聚物與聚（γ-苄基-L-穀氨酸酯）—嵌段—聚乙二醇（PBLG-b-PEG）嵌段共聚物二元體系在溶液中自組裝形成尺寸均勻、手性可控的螺旋環狀多級納米結構。通過調控嵌段共聚物與均聚物的共混比例，發現環狀結構是由均聚物組裝形成的。
  • 納米可控手性光場產生方面研究獲進展
    近日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室研究員姚保利團隊在納米可控手性光場產生方面取得進展，相關研究成果在線發表於Nanoscale。手性指的是一種物體在二維平面內無法通過任何平移和旋轉而與其鏡像重合的不對稱性，廣泛存在於自然界和生命體中。手性分子通常以左手（左旋）和右手（右旋）形式成對出現，稱之為手性異構體或對映體。