研究揭示手性選擇能量轉移的秘密

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授張國慶團隊揭示了在分子尺度下，“用左手性分子把能量傳遞給左手性分子，或者用右手性分子把能量傳遞給右手性分子”這種同手性分子能量轉移的效率，要遠高于“用左手性分子把能量傳遞給右手性分子，或者用右手性分子傳遞給左手性分子”的奇特現象，并為高效的手性識別提供了新的光譜學思路。該研究成果日前發表于《自然-通訊》。

何謂手性？當一個物體無法通過旋轉、平移等操作與其鏡像相重合時，該物體即具有“手性”。手性在自然界中廣泛存在，例如人類的雙手，構成生命體的基本大分子氨基酸、核糖核酸、單糖等。

張國慶團隊近年來對有機室溫磷光體系進行了深入研究，取得了系列進展。相比傳統熒光，磷光因輻射躍遷速度慢、發光壽命更長等優勢，使得有機室溫磷光在生物成像、信息存儲、數據加密、防偽、傳感和光電顯示等眾多領域應用潛力巨大。然而，目前學界對于有機室溫磷光的產生機理和光物理過程依然缺乏深刻理解。

在前期研究基礎上，張國慶團隊在有機室溫磷光體系中引入手性元素，并合成兩個主體分子和兩個客體分子，通過低濃度客體摻雜于主體構建了全手性的有機室溫磷光體系，并觀察到手性選擇室溫磷光增強現象：即當主客體為相同手性時，室溫磷光會顯著增強。

這種奇特現象產生的原因是什么？研究人員結合變溫磷光譜、發光壽命等實驗證據，提出該現象是因為電子/能量轉移有手性依懶性，并且可以表現在有機室溫磷光光譜上。

為了進一步驗證該現象的普適性和應用潛能，研究人員把具有重要生物功能的氨基醇引入體系中，同樣觀測到了顯著的室溫磷光增強現象，證實了該現象可用于氨基醇的高效手性識別。

論文第一作者、中國科大特任副研究員陳彪介紹，這種手性識別原理基于電子轉移過程的手性差異，不同于利用分子間強、弱相互作用及反應性的識別機理，不僅加深了對室溫磷光機制及電子交換、能量轉移過程的理解，并且為室溫磷光應用和手性識別提供了思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37157-w