物理学家发现了一种新的光学特性，可以测量微小螺旋的扭曲

巴斯大学物理学家领导的一个国际科学家团队发现了微小粒子的一种新的非线性光学性质，这对从事显示技术、化学催化和医学等领域的研究人员具有重要意义

当穿过与光波长相似的微小颗粒的光以不同于照明的颜色散射时，就会看到这种新特性。散射光的频率是“二次谐波频率”，这意味着它的频率是照明光的两倍

这项研究发表在《ACS Nano》杂志上，旨在探索廷德尔效应——比纳米颗粒大但比微米颗粒小的颗粒散射光的现象。这种大小的颗粒包括病毒和单细胞生物，如细菌。

当用白光照射时，这些颗粒看起来是蓝色的（蓝眼睛的颜色也归因于廷德尔效应）

二次谐波廷德尔散射

分散在液体中的无机颗粒在许多应用中都很有用，包括为油漆和塑料添加颜色、紫外线防护霜（氧化锌和二氧化钛散射紫外线，但让可见光通过）、催化（加速或使化学反应成为可能）和医疗（例如将药物封装并输送到目标；选择性切割DNA和杀死病毒）

对于所有这些应用，研究人员必须准确、实时地表征颗粒的大小和形状

光是对水中颗粒进行此类分析的最佳方法，水通常是颗粒所处的介质。当颗粒被照射时，其散射光会保存有关其大小和几何形状的信息

分析颗粒大小的几种方法取决于廷德尔效应。大多数方法依赖于弱光源（通常是灯），并且收集的散射光与照明具有相同的颜色。其他更复杂的方法依赖于激光光源。这项新研究将科学家对激光散射光的理解提升到了一个新的水平

领导巴斯团队和这项研究的Ventsislav Valev教授在解释时说：“当廷德尔的实验中使用具有长波的激光时，可以产生不同颜色的光——具有短波——然后散射。新颜色相当于照明光振动的两倍。”这一发现于1965年在福特汽车公司的实验室中发现，适用于各种尺寸的粒子。但是，如果粒子的大小与廷德尔效应范围相匹配，那么照明和新创建的光可以在空间中更好地分离。基本上，廷德尔效应按大小对光波进行分类

“但到目前为止，这项新研究仍无法观察到一个几何性质：手性！”

扭曲分子

手性是几乎所有长度尺度上的基本几何性质。在人类和其他生物体中，所有功能性氨基酸都是手性的，糖、蛋白质等也是手性的。手性是以分子扭曲的方向（顺时针或逆时针）表达的，类似于DNA螺旋的扭曲

在这项新研究中，来自美国的团队成员制造了长度约为270纳米的硅螺旋，其大小与一些病毒、大型外泌体和噬菌体相对应

Valev教授说：“我们发现，当我们用手性（或圆偏振）激光照射这些螺旋时，散射光可以告诉我们硅螺旋的走向。

”这一点很重要的一个原因是，硅是地球上最丰富的固体元素，因此每一种新特性都具有可持续和成本效益应用的潜力

“另一个原因是，从纳米技术构建块组装无机材料非常需要测量扭曲度（手性）。其重要性类似于制造并能够测量标准化螺钉的螺纹。”

展望未来，Valev教授说，“现在我们已经有了水中单个螺旋特性的基线，下一阶段是开始对其进行修饰，并最终将其构建成自组装材料。”该研究出版物的第一作者、博士生Ben Olohan说，“这里的关键是生物过程从分子延伸到细胞组装甚至更远。与廷德尔的长度尺度相比散射，对于更小和更大的粒子都观察到了类似的效应。

“因此，这种中等长度尺度的效应必须存在，但仍未被观察到。这就是为什么我一直在努力寻找它的演示。对于我的博士项目来说，能在科学中找到这样一个“缺失的环节”，我感到非常满足。p