揭示扭曲：超分子手性的光驱动反转

分子科学中的自组装或自组织是指分子自发聚集并形成有序结构的现象，这是用于开发光学和电子材料的材料的一种独特性质

在微调这一特性的一步中，来自日本的研究人员成功阐明了一种技术，在这种技术中，少量的残留聚集体极大地改变了光响应分子的自组装过程

研究团队由千叶大学工程研究生院的Shiki Yagai教授领导，包括名古屋大学（研究时）的助理教授齐藤拓平、东北大学的Daisuke Inuoe先生和助理教授Yuichi Kitamoto，他们是这项工作的主要贡献者。

他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志的在线版上

近年来，控制自组装聚集体的尺寸和层次结构的研究越来越受到关注，这有助于实现具有所需性能的聚集体。然而，自组装是一个动态过程，需要精确控制

“在自组装过程中，分子不断地结合和解离，”Yagai教授解释道，“即使是微小的杂质或条件的微小变化也会影响形成的聚集体的最终结构。”

在这项研究中，研究小组专注于手性、光响应性偶氮苯的自组装，这种偶氮苯自然形成左旋螺旋聚集体。研究小组发现，溶液中少量残留聚集体的存在会导致组装过程发生剧烈变化，从而形成右旋螺旋聚集体

此外，由于具有光响应性，控制光照也会改变分子组装的时间。通过精确控制这两种特性，研究人员成功地根据需要操纵了左旋或右旋螺旋聚集体的形成

在光谱和分子建模研究中，研究小组发现，当剪刀状偶氮苯分子在室温下溶解在有机溶剂中时，它会形成一个封闭的剪刀状折叠结构，进一步延伸成螺旋状组件

Yagai教授解释了左旋组装的形成，他说：“分子包含一个具有四个不同原子团的碳原子，因此表现出手性。这些分子像左旋剪刀一样折叠并扭曲，形成左旋螺旋堆叠的组装体。”

由于这些是光响应分子，当堆叠的螺旋结构暴露在弱紫外线（UV）下时，螺旋组装体分解成单个分子，随后暴露在可见光下，分子再次组装成螺旋结构

有趣的是，在某些条件下，发现产生的螺旋聚集体是右旋的，而不是左旋的，暴露在更强的紫外线下，然后是可见光，导致原始左旋螺旋聚集体的再生

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通过仔细研究这一机制，研究小组发现，当溶液暴露在弱紫外光下时，有少量残留的左旋螺旋聚集体保持不变，这些聚集体充当成核位点，形成方向相反的螺旋组件

Yagai教授说：“这种显著的现象被称为‘二次成核’，这解释了为什么偏稳定的右手聚集体比左手聚集体更容易形成。”除此之外，该团队还发现了光强度在分子组装过程中的作用。强烈的可见光促进了快速组装，同时最大限度地减少了残留骨料的影响。相比之下，较弱的强度会放大残余骨料的影响。“

因此，通过优化紫外线和可见光的强度，研究人员成功地控制了左旋和右旋螺旋结构之间的切换，这取决于残余聚集体的影响。

此外，还发现稳定的左旋聚集体和亚稳定的右旋聚集体也表现出相反的电子自旋极化，这意味着螺旋电子特性的调谐。

总体而言，这项研究旨在探索残余聚集体的关键作用，并解释了光微调如何导致新型功能材料的制备，为材料科学领域提供了有前景的见解