《Nature Communications》：Poly(vinyl alcohol) induced chirality inversion and amplification of circularly polarized room-temperature phosphorescence in homopolypeptide aggregates
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有机圆偏振室温磷光(CPRTP)材料应用前景广阔，但其高效可控实现仍面临手性传递效率低与环境调控能力有限等挑战。本研究通过自组装手性同多肽构建可操控CPRTP平台，利用聚乙烯醇(PVA)基质诱导结构重组，成功实现CPRTP的手性反转与显著放大，并揭示了基质辅助在手性传播、反转与放大中的关键作用。该工作为构建可调谐CPRTP材料提供了通用策略与深层机理见解。
在材料科学的前沿领域，有机圆偏振室温磷光(CPRTP)材料正受到越来越多的关注。这类材料能够发射出具有手性特征的、长寿命的室温磷光，在三维显示、信息加密、生物传感以及光学器件等多个方面展现出诱人的应用潜力。然而，通往高效、可控CPRTP的道路上却横亘着两大障碍：一是手性从分子到材料宏观性质的高效传递往往效率低下；二是对材料内部手性微环境的精准调控能力十分有限。这些瓶颈制约着CPRTP材料的性能提升与实际应用。为了解决这些挑战，研究人员将目光投向了通过精巧的分子设计与可控的自组装过程来构筑新型CPRTP材料。
近日，一项发表于《Nature Communications》的研究提出了一种创新的策略。研究团队设计并合成了由非手性磷光末端功能化的手性同多肽。这些分子能够自组装形成囊泡结构，并表现出微弱的CPRTP信号。令人惊奇的是，当将这些囊泡分散到聚乙烯醇(PVA)基质中时，发生了结构重组，进而引发了CPRTP信号的显著放大，甚至出现了手性反转现象——即发射光的圆偏振方向发生了改变。通过结合实验与理论计算，研究深入揭示了PVA基质在促进手性传播、引发手性反转和实现信号放大过程中所扮演的关键角色。此外，通过简单地改变末端磷光体的种类，研究人员便轻松制备出了具有可调谐发射颜色的多色余辉薄膜。这项工作不仅为通过同多肽自组装构建性能可调的CPRTP材料建立了一个通用平台，更重要的是，它为在超分子层次上理解和操控手性提供了深刻的机理见解。
本研究主要采用了以下关键技术方法：设计合成了由非手性磷光终端功能化的手性同多肽；通过自组装技术构建了囊泡结构；利用聚乙烯醇(PVA)作为基质进行复合制备薄膜材料；综合运用光谱学手段（如圆二色光谱、磷光谱等）进行光学性质表征；通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜等观测形貌与结构；并辅以分子动力学模拟等理论计算方法探究机理。
研究结果
手性同多肽的设计、合成与自组装
研究人员首先设计并合成了一系列手性同多肽，其侧链末端连接了非手性的磷光基团。这些分子在水中能够自发地自组装形成规则的囊泡结构。初步的光学表征表明，这些自组装囊泡本身能够产生微弱的圆偏振室温磷光(CPRTP)信号。
PVA基质诱导的CPRTP反转与放大
将上述自组装囊泡分散到聚乙烯醇(PVA)水溶液中并制成薄膜后，发生了关键转变。光谱测试显示，复合薄膜的CPRTP信号强度相比纯囊泡得到了数十倍的显著放大。更引人注目的是，CPRTP信号的圆偏振方向（即手性）发生了完全的反转。形貌表征结合光谱分析表明，PVA的引入诱导了囊泡结构的重组，形成了更为有序的堆叠或排列，这是实现CPRTP增强与反转的结构基础。
基质辅助的手性传递与反转机制
为了深入理解现象背后的机理，研究团队开展了系统的实验探索与分子动力学模拟。结果揭示，PVA分子链通过与同多肽之间的多重氢键等相互作用，不仅稳定了重组后的有序结构，更重要的是，它充当了“手性传导桥梁”。PVA基质有效地将同多肽骨架本身的手性传递并放大至末端的磷光基团，同时改变了手性作用的相对强弱与方向，最终导致了宏观观测到的CPRTP手性反转与信号放大。这一过程被称为“基质辅助的手性传播、反转与放大”。
可调谐的多色CPRTP材料构建
基于上述普适性策略，研究人员通过更换同多肽末端的磷光体（如使用不同发光颜色的分子），成功制备出了一系列发射颜色可调（从蓝色到橙红色）的复合薄膜。所有薄膜均表现出强而可调的CPRTP以及长余辉性质，验证了该平台在构建多功能CPRTP材料方面的有效性与灵活性。
结论与讨论
本研究成功开发了一种通过手性同多肽自组装与基质工程相结合来制备高性能有机圆偏振室温磷光(CPRTP)材料的通用策略。核心发现是，惰性的聚乙烯醇(PVA)基质能够诱导自组装结构发生重组，并在此过程中扮演关键角色，实现CPRTP信号的大幅放大与手性反转。机理研究明确了“基质辅助的手性传播、反转与放大”是这一现象的内在原因。此外，通过变换磷光终端，可以便捷地获得发光颜色可调的多色CPRTP薄膜。
这项工作的意义重大。首先，它为解决CPRTP材料领域长期存在的手性传递效率低和调控难的问题提供了全新的思路与切实可行的方案。其次，所建立的同多肽自组装平台具有高度的可设计性和普适性，为未来开发更多性能各异的CPRTP材料奠定了基础。更重要的是，研究通过多尺度表征与模拟，深刻揭示了外源基质在调控超分子手性方面的微观机制，丰富了人们对超分子手性产生与传递规律的认识，对推动手性光子学、先进光学材料等领域的发展具有重要的科学价值。
