两江科技评论

2022-03-22

手征声子Chiral phonons，是共价键和分子间键连接的原子团，协同镜像的对称运动。生物分子晶体中，这种晶格振动对其短程和长程组织具有高度特异性，但其手性特征和结构-性质关系，仍不确定。

今日，美国密歇根大学Nicholas A. Kotov团队在Nature Photonics上发文，报道展示了太赫兹手性光谱，能够记录和归属氨基酸和肽的微米级和纳米级晶体手性声子。理论分析和计算机模拟表明，在左旋和右旋对映体中，观察到尖锐镜像对称谱带，来源于通过氢键连接成螺旋链生物分子的集体振动。手性声子，对微小结构变化的敏感性，可用于识别健康补充剂中，看似相同二肽配方物理和化学差异。在胰岛素淀粉样蛋白纳米纤维中，观察到的手性声子证明了这些发现的普遍性。光谱特征和偏振旋转强烈依赖于其成熟阶段，这为太赫兹光子学的医学应用，打开了一扇新的大门。

Chiral phonons in microcrystals and nanofibrils of biomolecules

生物分子微晶和纳米纤丝中的手性声子。

图1：氨基酸amino acids AA微晶手性声子的高光谱太赫兹时域光谱系统

terahertz time-domain polarimetry，THz-TDP装置。

图2：20AAs的L-和D-对映体TA光谱分析

图3：20AA的L-和D-对映体的太赫兹圆二色性terahertz circular dichroism，TCD和太赫兹光学旋转色散terahertz optical rotary dispersion，TORD光谱分析

图4：L-和D-谷氨酰胺的TA和TCD光谱的温度依赖性。

图5：Cys和Car中的手性声子。

图6：胰岛素淀粉样纤维的形成及其TA和TCD光谱。

在生物分子的微晶和纳米纤丝中，太赫兹THz范围内的手性声子识别，以及精心制作的光谱工具箱，打开了一大类新材料的大门，在这些材料中，可以研究具有旋转分量晶格的复杂集体振动。由于手征声子，对晶格内化学相互作用的强烈敏感性，太赫兹THz范围内的圆二色性光谱方法，可用于观察声子模式随温度变化，在生物医学工业中进行质量控制测试。手征声子的窄太赫兹圆二色性TCD线，也使得其能够用于生物医学成像和手征光子学的进一步研究。非侵入性和无标记的太赫兹圆二色性TCD工具箱，可能在监测体内和离体条件下的胰岛素纤维化中发挥重要作用。从基础氨基酸AAs到复杂蛋白质和其他生物分子复合物的THz太赫兹指纹库，为太赫兹THz生物信息学开辟了新的视野，并有助于加深理解许多集体振动介导（生物）化学过程和自组装生物纳米结构的多尺度手性特征。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-00969-1

https://www.nature.com/articles/s41566-022-00969-1.pdf

DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-022-00969-1

本文译自Nature，请点击阅读原文，可下载英文全文。

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