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  手性在自然界中廣泛存在，并在生命科學(xué)和材料科學(xué)中發(fā)揮著重要作用。碳化聚合物點(diǎn)（CPDs）的出色特性，包括生物相容性，低毒性，光致發(fā)光以及易于合成和修飾，使其成為傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。將手性與CPDs相結(jié)合將會(huì)產(chǎn)生一類新的有實(shí)用價(jià)值的CPDs材料，即手性CPDs（Ch-CPDs），可用于對(duì)映體識(shí)別和分離，手性催化，生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)器件等領(lǐng)域。

  近日，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院盧思宇副教授課題組聯(lián)合吉林大學(xué)楊柏教授課題組總結(jié)了Ch-CPDs在合成、性質(zhì)和應(yīng)用方面的最新進(jìn)展。該文章以“Recent advances in chiral carbonized polymer dots: From synthesis and properties to applications”為題發(fā)表在Nano Today上。該綜述文章提供了Ch-CPDs的系統(tǒng)總結(jié)，將合成策略更準(zhǔn)確的分為三大類。探究了Ch-CPDs的獨(dú)特性質(zhì)，特別是手性光學(xué)特性。此外，還綜述了Ch-CPDs在傳感，生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，催化和其他領(lǐng)域的應(yīng)用，并進(jìn)一步提供了對(duì)Ch-CPDs未來(lái)發(fā)展的展望。

  自下而上制備CPDs的方法著重于富含羥基，羧基，氨基，或其他活性基團(tuán)的分子，聚合和碳化在顆粒形成中起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)自下而上合成的Ch-CPDs可以簡(jiǎn)單地將手性分子作為手性來(lái)源，手性分子同時(shí)也可以作為碳源。目前，Ch-CPDs的合成策略可以被分為三種：兩步合成，一步合成和手性組裝。大多數(shù)制備Ch-CPDs的方法都采用氨基酸對(duì)映體作為手性來(lái)源，包括賴氨酸，半胱氨酸，青霉胺，谷氨酸，天冬氨酸和色氨酸等。一些使用其他對(duì)映體，例如環(huán)己二胺。手性組裝涉及使用纖維素納米晶體和手性膠凝劑來(lái)構(gòu)建Ch-CPDs。其中，兩步合成最先賦予CPDs手性特征，但缺點(diǎn)是處理時(shí)間長(zhǎng)，條件較為苛刻，成本高。與兩步合成相比，一步合成更方便，可以直接處理手性分子或含有碳和手性來(lái)源的混合物以生成Ch-CPDs。通過(guò)控制反應(yīng)條件以控制碳化程度，Ch-CPDs可以保留用作構(gòu)建基的手性化合物的“手性結(jié)構(gòu)記憶”。該方法避免了非手性碳核的合成以及隨后與手性分子的偶聯(lián)，從而使碳納米材料與手性完全結(jié)合。手性組裝不僅賦予了CPDs手性，而且還提供了有機(jī)底物，使CPDs有望用于更高級(jí)的光學(xué)應(yīng)用。

圖一：a)兩步合成 b)一步合成 c)手性組裝

  Ch-CPDs應(yīng)該是手性分子熒光團(tuán)附著在碳核上。由于碳化作用，Ch-CPDs比其前驅(qū)體更穩(wěn)定，由于保留了手性分子熒光團(tuán)其比量子點(diǎn)表現(xiàn)出更好的相容性。圓二色性取決于固有手性或置于手性環(huán)境中的生色團(tuán)對(duì)左右圓偏振輻射的吸收差異。因此，可以簡(jiǎn)單的將Ch-CPDs的圓二色性信號(hào)分為兩個(gè)部分：一是從手性配體或手性基質(zhì)繼承而來(lái)，而其余信號(hào)則歸因于手性環(huán)境的誘導(dǎo)。通�？梢越栌绵徫恍�(yīng)模型來(lái)解釋Ch-CPDs的手性光學(xué)性質(zhì)的起源，手性配體的不對(duì)稱電場(chǎng)會(huì)破壞碳核電子態(tài)的對(duì)稱性，從而形成具有手性的CPDs。少數(shù)情況下，Ch-CPDs展現(xiàn)出與前體相反的旋光性，或者Ch-CPDs的圓二色性光譜不顯示出對(duì)映體行為。遺憾的是，由于Ch-CPDs的發(fā)展尚處于初級(jí)階段，這些特異現(xiàn)象背后的機(jī)理尚未得到充分的研究。

圖二：Ch-CPDs的手性光學(xué)性質(zhì)

  CPDs在被賦予手性之后，在傳感、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、催化等領(lǐng)域具有許多潛在的應(yīng)用。在傳感領(lǐng)域，Ch-CPDs可用于簡(jiǎn)便高效的識(shí)別和分離對(duì)映體，也可用于檢測(cè)分子和離子。CPDs的手性會(huì)對(duì)生物相容性、細(xì)胞能量代謝、光合作用等產(chǎn)生差異性影響，在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Ch-CPDs的發(fā)展對(duì)提高植物質(zhì)量、研究病毒感染的早期診斷以及新型藥物載體的設(shè)計(jì)等具有重要意義。在催化領(lǐng)域，Ch-CPDs不僅具有對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行對(duì)映選擇性電化學(xué)識(shí)別的能力，更重要的是，Ch-CPDs可以和生物酶結(jié)合，從而選擇性的調(diào)節(jié)酶的活性，甚至Ch-CPDs可以直接模擬天然酶的活性選擇性的介導(dǎo)超螺旋DNA的拓?fù)渲嘏牛笴h-CPDs在基因操作和蛋白質(zhì)工程中展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。

圖三：Ch-CPDs在傳感中的應(yīng)用

圖四：Ch-CPDs在生物和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

圖五：Ch-CPDs在催化和其他領(lǐng)域的應(yīng)用

  現(xiàn)有的研究在Ch-CPDs領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，但是仍然存在一些挑戰(zhàn)：（1）未來(lái)的研究重點(diǎn)在制備出具有可見(jiàn)光甚至近紅外手性信號(hào)和圓偏振發(fā)射的Ch-CPDs, 以及具有長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射和高熒光量子產(chǎn)率的Ch-CPDs。（2）揭示手性生成，傳遞，擴(kuò)增和調(diào)控的機(jī)理和規(guī)律，闡明Ch-CPDs的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系是當(dāng)前的研究挑戰(zhàn)。（3）開(kāi)發(fā)用于CPDs組裝的手性基質(zhì)材料以及Ch-CPDs與其他材料的復(fù)合。這樣的復(fù)合材料將具有不同組分的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，從而在性質(zhì)和應(yīng)用方面帶來(lái)質(zhì)的提升。

  隨著研究的不斷深入，Ch-CPDs將彌補(bǔ)傳統(tǒng)手性材料的不足，顯示出作為用于各種應(yīng)用的下一代手性納米材料的光明前景。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100953