手性是生物學(xué)的基本性質(zhì);一些最重要的生物結(jié)構(gòu)(包括DNA和蛋白質(zhì))的分子組成部分是手性的。當(dāng)一個分子被稱為手性分子時，這意味著它與它的鏡像是可區(qū)分的，就像一個人的左手不能疊加在右手上一樣。有趣的是，手性也會影響分子或分子聚集體對光的發(fā)射或響應(yīng)，尤其是圓偏振光。

隨著先進(jìn)光學(xué)技術(shù)的興起，這種旋光活性成分可以在現(xiàn)代顯示器、光存儲系統(tǒng)、分析工具和生物醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用。因此，科學(xué)家們一直在探索創(chuàng)新的方法，使公認(rèn)的非手性染料表現(xiàn)得像手性活性分子。

通過一種稱為手性轉(zhuǎn)移的過程，包裹在由手性分子制成的空腔中的染料可以獲得手性性質(zhì)。然而，合成可用的手性膠囊已被證明具有挑戰(zhàn)性，現(xiàn)有的設(shè)計是復(fù)雜和不靈活的。

在最近發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上的一項(xiàng)研究中，包括東京科學(xué)研究所助理教授Yuya Tanaka和Yoshihisa Hashimoto在內(nèi)的一個研究小組開發(fā)了一種新的、更簡單的解決方案。他們創(chuàng)造了一種基于萜烯的新型手性膠囊，萜烯是一種來自植物的天然化合物。萜烯基膠囊提供了一種有效和靈活的方式將手性轉(zhuǎn)移到腔內(nèi)的各種非手性染料。

目前的手性膠囊是由萜類彎曲的兩親性分子組成的，這些分子是通過對薄荷醇進(jìn)行一系列化學(xué)修飾而得到的。手性兩親化合物，由于其親疏水性框架，當(dāng)與水混合時，會自發(fā)形成稱為萜烯膠囊的球狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)非手性染料與兩親體混合時，形成主客體復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中染料被安置在手性腔中。

通過大量的實(shí)驗(yàn)，研究人員表明，手性轉(zhuǎn)移發(fā)生在膠囊和幾種非手性染料之間。例如，熒光染料，包括多芳族和BODIPY化合物，表現(xiàn)出強(qiáng)烈誘導(dǎo)圓二色性和圓偏振熒光。

與之前報道的手性寄主不同，目前的結(jié)構(gòu)是高度通用的，易于生產(chǎn)，正如田中博士所說，“我們的萜烯膠囊通過簡單地吸收各種非手性染料，可以輕松制備具有可調(diào)節(jié)的手性特性的明確的主-客體復(fù)合材料，這與之前報道的大多數(shù)具有剛性手性腔的寄主不同?！?/p>

這種手性膠囊的另一個顯著優(yōu)點(diǎn)是，所得到的復(fù)合材料可以在水中使用，而不需要有機(jī)溶劑，這是其他設(shè)計的局限性。

總的來說，這項(xiàng)研究有可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，高性能的共向活性復(fù)合材料，這反過來將為尖端光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步鋪平道路。Tanaka博士總結(jié)道:“我們的策略允許直接將手性引入各種非手性染料，而無需精心的合成改性，突出了其在聚合物材料和催化劑上的潛在應(yīng)用。”

“基于目前的發(fā)現(xiàn)，我們實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的一個研究項(xiàng)目專注于具有更高熱力功能的多組分主客系統(tǒng)，”他補(bǔ)充道，暗示了未來的發(fā)展。