马延航等研发出基于电子晶体学的手性确认新方法

5月4日，记者从上海科技大学获悉，该校材料研究所的助理教授马延航、特聘教授彼得·奥列尼科夫和电子显微镜中心主任奥萨穆·特拉萨基合作开发了两种基于电子晶体学的手性确认新方法，成功实现了纳米晶体的手性确认。相关的研究结果于5月1日在线发表在国际期刊《自然材料》上。

如果一个物体自身的图像与它的镜像不一致，这个物体就被称为具有“手性”。手性在自然界广泛存在。例如，在生物学中，人手和海螺壳具有明显的手性特征。手性也存在于微观世界。许多分子具有手性，非手性分子可以通过相互作用形成手性排列。

在晶体学中，手性结构是指具有手性空间基团的结构，单晶手性结构的确定一般是通过单晶X射线衍射来完成的。由于吸收的存在，X射线与物质相互作用时会发生异常散射，导致弗里德尔衍射对的强度差，而两种手性结构产生的强度差正好相反。因此，手性晶体的绝对结构可以通过精确测量大量衍射对的强度来确定。然而，X射线方法仅适用于尺寸大于5微米的单晶，不能用于表征具有小颗粒或缺陷的材料，因此在实际应用中存在许多限制。然而，如果手性结构不能被表征，就不可能合成单一的手性材料并实现该材料的对映选择性应用。

通过努力，马延行等合作者突破了上述研究难点，开发了两种基于电子晶体学的手性确认新方法，成功实现了纳米晶体的手性确认。第一种方法是在透射电子显微镜中利用晶体旋转沿不同晶带轴拍摄同一晶体的高分辨率图像，通过比较旋转前后图像的变化来确定晶体的手性结构。第二种方法是利用旋进电子衍射收集沿特定带轴的一系列旋进电子衍射图，并通过比较高阶劳厄区衍射点的强度差异来确定晶体的手性结构。

专家认为，这一成果突破了单晶X射线衍射法的局限性，为手性结构的确认提供了新的研究方法和技术手段，在手性材料的研究中具有非常重要的科学意义和应用价值。

据报道，上述两种方法提出后，上海科技大学的研究人员与美国加州理工学院教授马克·戴维斯(Mark E. Davis)研究小组合作，将这种新方法应用于手性分子筛的结构确证，证实了通过专门设计的模板剂可以合成单一的手性富集纳米分子筛，并证实了该分子筛在手性催化和分离方面具有一定的作用，相关结果已在PNAS发表(美国科学院院刊)。