據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月11日（北京時間）報道，美國科學(xué)家首次研制出一種人造分子，可用一束光改變其手性，這種分子可應(yīng)用于包括生物醫(yī)學(xué)研究、國土安全和超高速通訊在內(nèi)的太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)研究發(fā)表在《自然?通訊》雜志上。

      手性分子是化學(xué)中結(jié)構(gòu)上鏡像對稱而又不能完全重合的分子。該類分子具有迥然不同的左手或右手傾向，能用太赫茲電磁射線觀察、甚至改變分子的手性是科學(xué)家們孜孜以求的目標(biāo)。

      該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)分部的張翔（音譯）表示：“我們能改變天然材料的手性，但改變過程緩慢同時也會改變材料的結(jié)構(gòu)，而我們新制造出的人造分子的手性卻能以光速進(jìn)行切換。”

      張翔團(tuán)隊(duì)用由納米大小的金條經(jīng)過加工制成的太赫茲“超材料”，制造出了一種精巧的人造手性分子，接著將其同具有光活性的硅媒介結(jié)合，再使用一束外部光對該“超分子”進(jìn)行光致激發(fā)，結(jié)果觀察到了以圓偏振發(fā)射太赫茲光的形式表現(xiàn)出來的手性變化。而且，這種光致激發(fā)也使科學(xué)家們能對這種手性切換和太赫茲光的圓偏振進(jìn)行動態(tài)控制。張翔表示：“以前使用光電刺激只能打開或關(guān)閉‘超材料’的手性，但現(xiàn)在，我們能用光開關(guān)改變這種太赫茲‘超分子’的手性。”

      張翔解釋道，新的“超分子”包含有一對手性相反的三維超原子。他們在每個超原子內(nèi)的不同地方放置了一塊硅板。最終，硅板破壞了鏡像對稱并讓超分子具有了手性。硅板也承擔(dān)了能在光致激發(fā)下改變超分子手性的光電開關(guān)的功能。他表示：“我們的系統(tǒng)依賴于兩個手性不同的超原子的‘聯(lián)姻’，在特定頻率范圍內(nèi)，其中一個超原子起作用，而另外一個不具有活性。如果設(shè)計合理，這兩個超原子會對同樣的外部刺激做出相反的反應(yīng)，不活躍的超原子會開始起作用，而起作用的超原子則會失去活性，這就使超分子的手性發(fā)生了變化。”

      太赫茲電磁射線也稱為T射線，位于分子振動的頻率范圍內(nèi)，這使其成為理想的非侵入式工具，可用來分析有機(jī)物和無機(jī)物的化學(xué)組成，改變超分子的手性并控制太赫茲光的圓偏振可被用于探測有毒易爆的化學(xué)品，或用于無線通訊以及高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。因?yàn)榘―NA、RNA和蛋白質(zhì)在內(nèi)的大多數(shù)生物分子都具有手性，新研究也能讓醫(yī)學(xué)研究者和制藥人士受益。

      另一名研究人員安托瓦妮特?泰勒表示，他們的光切換手性太赫茲超分子的設(shè)計原理并不局限于改變手性，也可用來動態(tài)地改變其他電磁屬性。

     總編輯圈點(diǎn)

      手性真是一種奇妙的東西！人們使用的藥物絕大多數(shù)具有手性，被稱為手性藥物。手性藥物的“鏡像”稱為它的對映體，兩者之間在藥力、毒性等方面往往存在差別，有的甚至作用相反。在自然界的各個方面，都廣泛地存在著許多對稱的概念：帶負(fù)電的電子與帶正電的反電子，磁場的南極和北極，以及化學(xué)中的分解和合成反應(yīng)。對手性的研究，在造就工業(yè)奇跡的同時，也啟發(fā)了我們對地球生命，甚至宇宙起源的重新認(rèn)識。