将双手举在面前,无论如何旋转,都无法将其中的一个叠加到另一个上。我们的手就是手性的一个完美例子,手性是一种几何构造,物体无法叠加到其镜像上。手性在大自然中无处不在,从我们的手到我们内部器官的排列,再到DNA 的螺旋结构。手性分子和材料是许多药物疗法、光学设备和功能超材料的关键。迄今为止,科学家们一直认为手性产生手性--也就是说,手性结构产生于手性作用力和构件。但这一假设可能需要重新调整。
麻省理工学院的工程师观察到,当液体缓慢流动时,液晶的有序微结构会自发组合成大型扭曲结构(如图)。
麻省理工学院的突破性发现
麻省理工学院的工程师们最近发现,手性也可以出现在完全非手性的材料中,而且是通过非手性的方式。在最近发表于《自然-通讯》(Nature Communications)上的一项研究中,研究小组报告说,他们在一种液晶中观察到了手性--一种像液体一样流动、像固体一样具有非有序晶体状微观结构的材料。
他们发现,当流体缓慢流动时,其正常的非手性微结构会自发地组合成大型、扭曲的手性结构。这种效果就好像一条蜡笔传送带,所有蜡笔都是对称排列的,当传送带达到一定速度时,蜡笔会突然重新排列成大型螺旋图案。
麻省理工学院的一项研究发现,当液晶缓慢流动时,其通常有序的微观结构(左下图)会自发地旋转和扭曲,形成宏观尺度的虎纹状条纹。这一发现为设计用于药物输送和光学传感的结构液体开辟了新途径。
手性液晶的潜力
鉴于液晶天然是非手性的,或者说是"非手性"的,这种几何转换是出乎意料的。因此,研究小组的研究为生成手性结构开辟了一条新途径。研究人员设想,这种结构一旦形成,就可以作为螺旋支架,在其中组装复杂的分子结构。手性液晶还可用作光学传感器,因为它们的结构转变将改变它们与光的相互作用方式。
这项研究的合著者、麻省理工学院机械工程副教授 Irmgard Bischofberger 说:"这令人兴奋,因为它为我们提供了一种构造这类流体的简便方法。从根本上说,这是手性出现的一种新方式"。