【手性传递效应】

       “手性，是指物体的几何构型与其镜像不能通过平移或旋转等对称性操作而互相重合的几何属性。” 很多生物材料或系统都具有多级手性，如纸条的扭转带、生物丝的螺旋结构、高分子片晶、人的身体等。对于此类多级手性结构，手性通常在不同尺度或结构层次上具有不同的形式，例如手性分子和分子链螺旋构象的化学手性、螺旋和扭转带结构的形状手性、由手性微结构单元导致的材料手性，即拉伸一扭转、弯曲一剪切等变形场耦合和力一电等多物理场耦合的性能。较低结构层次的某种手性往往会导致较高结构层次的另一种手性，例如手性大分子的组装体通常具有螺旋形貌。这种多尺度或多结构层次间的手性传递现象，在很大程度上决定了材料的形貌和性能，对生物材料的生长和功能等具有重要意义，由此产生的手性移动传递并放大增强的效应。目前，对于生物材料手性传递的机制和影响因素还不清楚。

       以纸条试验为例，从力学角度研究了生物材料中的手性传递。纸条在浸湿一变干过程中形成扭转带的这一手性现象，实际上是手性从糖单元、纤维素分子、纤维素分子链构成的原丝、由原丝构成的微丝、微丝螺旋缠绕的植物细胞（或纤维）到纤维网络扭转带的多尺度传递过程。首先研究了纸条宽度和含水量对其扭转带形貌的影响，发现纸条的扭转程随着纸条中初始水含量的增加而增大，随纸条宽度的增大而减小，具有明显的尺寸效应。结合植物纤维的手性结构、纸的网络结构及造纸过程中形成的“纸张丝流”，给出了纸条扭转过程中多尺度手性传递的物理机制，建立了一个二维的纤维网络结构模型来定量描述手性的传递及其尺寸效应，并揭示了尺寸效应来源于扭转变形的几何效应，可看作是能量最小化的结果。基于上述研究，给出了手性传递的基本原理，并讨论了利用手性传递来组装多级手性材料的相关问题，即如何控制组装体的手性形貌和尺寸及其性能。

        研究手性传递效应对于多级手性材料的设计组装和制备、生物材料仿生设计、理解生物世界中普遍存在的手性生长具有较重要意义，对于智能微纳米器件的设计和制备具有潜在的开发应用的意义。

                                                            丰都智愚河畔环境技术工作室