將雙手舉在面前,無論如何旋轉,都無法將其中的一個疊加到另一個上。我們的手就是手性的一個完美例子,手性是一種幾何構造,物體無法疊加到其鏡像上。手性在大自然中無處不在,從我們的手到我們內部器官的排列,再到DNA 的螺旋結構。手性分子和材料是許多藥物療法、光學設備和功能超材料的關鍵。迄今為止,科學家們一直認為手性產生手性--也就是說,手性結構產生于手性作用力和構件。但這一假設可能需要重新調整。
麻省理工學院的工程師觀察到,當液體緩慢流動時,液晶的有序微結構會自發組合成大型扭曲結構(如圖)。
麻省理工學院的突破性發現
麻省理工學院的工程師們最近發現,手性也可以出現在完全非手性的材料中,而且是通過非手性的方式。在最近發表于《自然-通訊》(Nature Communications)上的一項研究中,研究小組報告說,他們在一種液晶中觀察到了手性--一種像液體一樣流動、像固體一樣具有非有序晶體狀微觀結構的材料。
他們發現,當流體緩慢流動時,其正常的非手性微結構會自發地組合成大型、扭曲的手性結構。這種效果就好像一條蠟筆傳送帶,所有蠟筆都是對稱排列的,當傳送帶達到一定速度時,蠟筆會突然重新排列成大型螺旋圖案。
麻省理工學院的一項研究發現,當液晶緩慢流動時,其通常有序的微觀結構(左下圖)會自發地旋轉和扭曲,形成宏觀尺度的虎紋狀條紋。這一發現為設計用于藥物輸送和光學傳感的結構液體開辟了新途徑。
手性液晶的潛力
鑒于液晶天然是非手性的,或者說是"非手性"的,這種幾何轉換是出乎意料的。因此,研究小組的研究為生成手性結構開辟了一條新途徑。研究人員設想,這種結構一旦形成,就可以作為螺旋支架,在其中組裝復雜的分子結構。手性液晶還可用作光學傳感器,因為它們的結構轉變將改變它們與光的相互作用方式。
這項研究的合著者、麻省理工學院機械工程副教授 Irmgard Bischofberger 說:"這令人興奮,因為它為我們提供了一種構造這類流體的簡便方法。從根本上說,這是手性出現的一種新方式"。