基于納米光子學(xué)的手性檢測與表征技術(shù)（特邀）

芮光浩，詹其文

（1 上海理工大學(xué)光電信息與工程學(xué)院，上海 200093）

（2 東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)光子學(xué)中心，南京 210096）

0 引言

手性描述的是一種物質(zhì)與其鏡像之間無法通過旋轉(zhuǎn)和平移等對稱性操作而重合的結(jié)構(gòu)特性［1］。擁有此種特性的一組結(jié)構(gòu)互稱為對映體，它們通常有著不同的構(gòu)型，例如有機化合物甘油醛有著L 型左旋和D 型右旋兩種構(gòu)型。相比于維持物質(zhì)分子的對稱性，這種特殊的幾何性質(zhì)更容易被破壞，因此手性體普遍地存在于各種宏觀和微觀結(jié)構(gòu)中，例如所有的蛋白質(zhì)、核酸、酶、核苷和大量的生物堿都為手性化合物，而DNA 雙螺旋、石英和膽甾相液晶等也都存在手性結(jié)構(gòu)。雖然不同構(gòu)型的手性分子有著相同的化學(xué)式，卻往往表現(xiàn)出不同的化學(xué)特性。若生物分子的原始手性發(fā)生變化，它可能會轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚陨踔廉a(chǎn)生細(xì)胞毒性，從而導(dǎo)致許多疾病的產(chǎn)生，如短肢畸形、帕金森氏綜合癥、阿爾茨海默病、Ⅱ型糖尿病和亨廷頓病等［2］。上世紀(jì)五十年代的“沙利度胺”事件就給人們敲響了警鐘，該藥物以鎮(zhèn)靜效果在孕婦人群中廣為使用，而由于缺乏認(rèn)知以及技術(shù)的不成熟，其間混合的異構(gòu)體卻存在著致畸的隱患，最終導(dǎo)致了大規(guī)模海豹肢畸形患兒的誕生。因此，物質(zhì)手性的高靈敏度檢測與表征在藥理學(xué)、毒理學(xué)和生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域都具有非常重要的意義。

除了物質(zhì)之外，光場同樣也擁有手性特征。作為最常見的一種手性光場，圓偏振光的電矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)以逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生左手性或右手性的光學(xué)自旋角動量。……