基于扫描圆二色显微成像技术的单个手性物质的圆二色性及其调控研究

Due to various orientations of chiral materials in solution and film, the measured circular dichroism (CD) of single chiral materials is different depending on its orientation, and CD of chiral materials’ solution and film is the average from individual chiral materials with different orientations. Therefore, it is necessary to study CD at single level. Besides, it is very convenient to change the surroundings of single chiral materials, and to modulate CD by surroundings. Here, we will build scanning absorption circular dichroism microscope and scanning luminescence circular dichroism microscope based on polarization modulation technique, which has the sensitivity of single chiral materials. By using the two microscopes, we will study single chiral molecules, single chiral supermolecules assemblies and single chiral nanostructures to obtain their absorption CD dissymmetry and luminescence CD dissymmetry, and its dependence on orientation and morphology. The CD differences and its origin between single and average will be revealed. The mechanism of CD amplification during molecule assembly will be elucidated at single level. In the end, the influence of substrate and electric field on CD dissymmetry will be studied to reveal the mechanism of CD modulation by surroundings.

由于溶液和薄膜中手性物质的取向杂乱无章，单个手性物质的表观圆二色性存在差异，导致溶液和薄膜的圆二色性是不同取向手性物质的平均，因此，非常有必要在单个物质的层面上开展圆二色性研究。此外，对于单个手性物质，可以非常方便的改变其外在环境，实现对圆二色性的调控。基于以上认识，本项目将首先基于偏振调制技术搭建可探测单个手性物质的扫描吸收圆二色显微成像系统和扫描发射圆二色显微成像系统，然后利用所搭建的两个系统分别研究表面上单个手性分子、单个手性超分子自组装体和单个手性纳米结构的吸收圆二色性和发射圆二色性，获得单个手性物质的吸收圆二色不对称因子和发射圆二色不对称因子及其与取向、形貌等的关系，揭示表面上个体圆二色性与溶液中平均圆二色性的异同及其来源，并在个体层面阐释手性分子自组装时的圆二色性放大机制与规律。最后，研究基底、电场等环境因素对圆二色不对称因子的影响，揭示利用环境调控圆二色性的机制与规律。

由于溶液和薄膜中手性物质的取向杂乱无章，单个手性物质的表观圆二色性存在差异，导致溶液和薄膜的圆二色性是不同取向手性物质的平均，因此，非常有必要在单个物质的层面上开展圆二色性研究。本项目从搭建扫描圆二色显微成像系统出发，研究了单个零维螺旋金纳米粒子和单个一维手性超分子聚集体的圆二色性。取得重要结果有：（1）分别基于声光调制器、光学斩波器和电光调制器搭建了三套各有特色的扫描圆二色显微成像系统，并对所搭建成像系统的输出信号进行了理论推导和分析，得到了圆二色值的表达式，特别是针对各向异性材料，给出了消除线二色信号的方法；（2）测得了不同旋向的单个螺旋金纳米粒子的圆二色值，发现不同的同种旋向金纳米粒子的圆二色值大小和符号可能不同；通过比较不同SEM形貌的粒子发现，螺旋桨形和弯曲菱形十二面体具有不同大小的圆二色值，这可能与其形貌复杂程度有关；粒子旋转实验发现，圆二色值随旋转角度以180度周期变化，这可能与磁偶极有关。此外还获得了单个螺旋金纳米粒子的圆二色谱；（3）测得了具有较强线二色信号的一维手性超分子聚集体的圆二色值。上述研究发现了一些关于手性物质圆二色性的新现象，可能会对圆二色性的来源以及影响因素产生新的认识。