具有按需手性选择性的三维花冠

汉阳大学的研究人员最近设计了一种具有动态手性选择的三维(3D)微阵列。手性是结构的不可叠加特性;例如，左手在镜子里看起来像右手，但左手不能与右手重叠。作为寻找与DNA蛋白结合的药物的一部分，生物化学领域已经对手性结构进行了研究。已经尝试人工制造手性结构以获得手性选择性的功能;但是，很难动态切换手性。

发表在ACSNano上的一项受花冠启发的研究首次证明了3D微结构的按需和动态控制的手性选择性。研究人员的灵感来自于自然界中常见的花冠的手性。像Mandevilla这样的花通过其五瓣花冠的手性来保护自己免受强风的侵袭。这种手性花冠采用逆时针方向和不对称形状的花瓣。或者，像Phloxsubulata这样的花不具有手性，因为这种五瓣花冠与其对称花瓣的镜像重叠。这称为非手性。

在以花冠为灵感的3D微结构中，五个半圆柱形微柱呈放射状排列，以模仿由五片花瓣组成的天然花朵。由于其对称形状的半圆柱形微柱，该微阵列是非手性结构。这项工作的一个关键点是，微阵列的这种非手性可以通过微柱的扭曲动态消失，微柱将其对称形状转换为不对称形状。

微柱由易变形的橡胶状聚二甲基硅氧烷和磁性铁颗粒组成;因此，当施加磁场时，柱子顶部会扭曲，而柱子底部仍然固定在微阵列的基板上。随着扭转驱动的开始，微阵列不与其镜像叠加。

因此，微阵列的非手性通过顺时针或逆时针扭转驱动分别实时变为逆时针或顺时针手性。阵列中的微柱同时沿顺时针方向扭曲，从而产生逆时针手性。相反，顺时针手性由同时逆时针方向扭曲的微柱引导。

该研究的研究人员强调了这项技术的一个关键方面，即简单地调节磁场方向可以动态地将微阵列的手性从逆时针方向性转换为顺时针方向性，反之亦然。

这种手性选择性三维微结构在光学器件的开发中具有可能的应用。通常，光的电磁波是圆偏振的，分为右圆偏振光或左圆偏振光，并与结构的手性相互作用。

通过这种手性选择性相互作用，当光穿透手性微阵列时，可以检测任意光的偏振方向。右旋或左旋圆偏振光将选择性地与花冠样微阵列的逆时针或顺时针手性相互作用。