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纳米精准合成&纳米分析化学课题组

简介

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手性纳米界面的精准构筑与手性识别研究

手性广泛存在于自然界与生命体中,许多重要的化合物如核酸、酶、氨基酸和糖都具有手性,这些手性化合物所具有的不对称结构在维持生命过程中起着决定性的作用。在生命过程中,各种生物与化学反应的发生均伴随着手性识别。构建手性识别材料和发展手性识别方法不仅对生命过程、药物和酶的作用机理有重要意义,而且在化学领域的手性药物拆分和对映体识别与分离等领域都具有重要的应用。

单手性晶面的精准构筑与电化学手性识别:手性表面在许多重要的对映选择性化学过程中广泛应用。其中,具有本征手性的金属表面具有出色的稳定性,被视为发展对映选择性表面化学的理想候选者。然而,如何可控化学合成单手性金属表面极具挑战,已成为对映选择性表面化学领域的关键挑战之一。我们首次发展了合成具有精确单手性晶面的手性金纳米颗粒的湿化学方法。以半胱氨酸作为手性诱导剂,我们揭示了一条新的手性纳米晶体生长途径,可以选择性地合成具有同手性R和S晶面的手性三八面体金纳米颗粒,其单手性晶面具有精确的米勒指数。此外,我们还首次考察了单手性晶面金纳米晶对映选择性识别特性,实现对L-/D-色氨酸的高效手性区分的电化学方法。我们进一步合成了其他本征手性表面的金纳米晶,并通过异质外延生长策略首次将本征手性金属纳米晶的合成扩展到钯元素,并基于这些手性材料开发了一系列用于手性识别的电化学传感器,实现多种手性分子的手性识别。其中异质外延生长策略有望大大扩展本征手性材料的种类,为利用具有本征手性的纳米材料构建手性传感器提供了广阔的前景。相关结果发表在Nano Lett., 2022, 22, 2915-2922; Sens. Actuators B Chem., 2022, 362, 131757; 以及Rare Metals, 2023, 42, in press上。

 

等离激元耦合圆二色光谱用于手性信号放大:纳米材料中的局域表面等离激元可通过将电磁辐射聚焦到小于入射辐射波长的尺寸,从而实现巨大的局域场增强。因此,等离激元在增强光-物质相互作用方面也被引入圆二色谱中,以提高耦合体系的手性信号强度。目前,该技术仍存在手性信号增强倍数较低和稳定性差等问题。为了解决增强倍数低的问题,我们系统地研究了不同形貌银纳米粒子与手性硫醇耦合体的圆二色信号强度,阐明了纳米粒子的各向异性对增强效果的影响,证实了离散的银纳米棒作为手性放大器实现了前所未有的3000多倍的增强倍数,这为开发用于手性识别的超灵敏传感方法开辟了新的可能性。为了解决稳定性差的问题,我们提出手性分子包埋在Ag纳米粒子的策略。研究表明,手性分子的包埋显著增加了手性分子与Ag纳米粒子之间的耦合,实现了相较于手性分子超过4900倍的高手性放大。更为重要的是,半胱氨酸包埋的Ag纳米粒子的CD信号在储存三个月后几乎没有变化,这也得益于我们所发展的包埋策略能够有效防止手性分子的脱落。我们的方法将为设计具有高手性放大和优越稳定性的新型等离激元耦合CD体系开辟新的可能性并奠定基础。相关结果发表在Chem. Commun., 2021, 57, 7390-7393;Chem. Mater., 2023, 35, 3226-3235。

创建: Aug 03, 2023 | 17:25