手性超材料研究进展

手性超材料研究进展

钟柯松2111409023 物理

1. 引言

超材料是有特殊电磁性质的人造结构性材料，其中一个典型的性质就是负折射率。第一种负折射率材料1两个部分组成：一个是连续的金属线，它来实现负介电常数2，另一个是开环谐振器，来实现负的磁导率3。在同时实现复介电常数和负磁导率的时候，负折射率就是实现了。后来，人们大多数以这个原则4-5来设计负折射率材料。虽然负磁导率在微波段很容易实现，但是在光频区域却极其困难7,8。与此同时，Pendry9，Tretyakov10,11和Monzon12等人从理论上提出了另一种利用手性实现负折射率的途径。而手性材料层作为完美透镜也从理论上实现了9-13。在这些报告中，Pendry提出了一种3D螺旋线结构来实现负折射率的手性超材料9。Tretyakov 等人则在理论上研究了在手性和偶极粒子手性复合材料中得到负折射率的可能性11。理论表明，负折射率是可以在以3D螺旋对称为晶格的金属球超材料中可以得到14。同时也表明，周期上的手性散射是3D和各向同性负折射率的原因15。实际上，Bose曾经在1898年利用螺旋结构研究了平面偏振电磁波的旋转16。Lindman也是研究微波段人造手性介质的先驱17。最近，Zhang 等人在实验上实现了一个3D手性超材料在THz波段的负折射率18。Wang等人则在微波段同时实现了3D手性超材料的负折射率和巨大的光学活性和圆二色性19,20。但是，这些提到的3D手性超材料都很难构建。同时，平面手型超材料显示了光学活性也被报道了21-24。这里需要指出的是，平面手性结构是正真的3D手性结构是不同的。Arnaut和Davis第一次把平面手性结构引入到了电磁波的研究中25,26。一个结构如果被定义为手性结构，那么它应该是在任何平面是没有镜面对称的，然而，一个平面结构被认为是手性的，则它是不能和它在该平面上的镜像重叠的，除非它不在这个平面上。实际上，一个平面手性结构还是和镜像镜面对称的。在垂直入射的情况下，在光传播方向上镜面对称的结构是没有光学活性的27。除非在这个结构上增加衬底来打破传播方向上的镜面对称，这样光学活性就能得到了22-24。然而，手性在这些结构是非常微弱的。后来，Rogacheva等人进一步地提出了双层的手性结构，展现出了很强的光学活性28。这个两层的花环状的平面金属层相互平面扭和在两个平面中，它们也不像3D手性原胞一样连接在一起18-20，二是通过电磁场来相互耦合。它的光学活性强到了整个结构都显示出了负折射率。在这个开创性的工作下，一些不同的双层手性结构，从微波段到近红外波段被相继的提出。如双层花环结构29,30，双层十字线结构31,32，金属切线对33，卍字结构34，四个‘U’型结构35-37，互补性手性结构38等等。另外，多层的平面手性结构也被提了出来29,39。它表明，在构建体手性超材料时，邻近原胞之间的耦合效应也应该考虑在内。由于存在这个耦合效应，体手性超材料和单原胞手性超材料的性质存在差异39。当手性超材料在负折射率带中工作是，品质因素（FOM）来评估它的损耗级别40。FOM被定义为折射率实部和虚部比值的绝对值。在一个波长对应的介质中波振幅衰竭为exp（-2π/FOM)。为了得到高的FOM，一种复合的手性超材料在最近提了出来41。另外，可调节的手性超材料也有报道42。

基于传输和反射参数的有效折射率的提取是一种在表征设计的超材料是的方便有用的手段43-47。随着手性超材料研究的进展，负折射率用其他提取方法中也得到了18,29,48,49。Zhao等人总结了这些提取方法，简练出了几个简单的公式，这在手性超材料的研究中是非常有用的50。非互易式传输在信息处理中起到了至关重要的作用，点偶极子就是一个典型的例子，它在电流回

路中显示出了非互易式的响应，这给研究光的非互易式传输带来了很大的启发。在光学中，一般有两种方法来得到非互易。一种是利用磁光介质来打炮时间上的反转对称，这就在介电张量中引入了非对称的非对角元素51。另一种方法是利用非线性介质52,53。然而，非互易式光的传输已经实现，通过复数光学势来打破平价时间对称54。

2. 手性超材料的物理性质和有效参数的获取

2.1. 手性介质的物理性质

在电磁响应方面来讲，手性材料被表征为电场和磁场之间在同一方向上的杂交耦合。电磁波在这类手性结构中的传播满足本构关系64：

???? ?

????? ??-=???? ??H E c i c i B D r r μμκκεε00// （1） 其中，00,με是真空中的介电常数和磁导率，r r με,是手性介质的相对介电常数和相对磁导率。c 是真空中光的传播速度，κ是电磁场之间杂交耦合效应的手性量。由于κ的存在，两种圆偏振光之间的简并就被破坏了，使得一种圆偏振光的有效折射率增加了，而另一种减小了。假设时间独立为t i e ω-，那么右圆偏振光（RCP ，+）和左圆偏振光（LCP ，—）分别定义为

)??(2

10y i x E E =±65。那么RCP 和LCP 的有效折射率就可以由下式得到64：

.0κκμε±=±=±n n r r （2）

与此同时，RCP 和LCP 波有一个相同的阻尼r r Z Z εμ/0=，其中0Z 时真空中的阻尼。假设手性值κ足够大，那么负折射率在一种圆偏振光中是可能发现的，即使当r r με,都是正的，此时，另一种圆偏振光的折射率还是正的。这就是Pendry 早起提出的实现负折射率的替代路线。

手性介质有两种重要的性质。一种被称作光学活性，它被表征为线偏光通过手性介质是偏振面的旋转。在数学上它被定义为椭圆偏振光的偏振方位旋转角：

[]2/)arg()arg(-+-=T T θ （3） 其中-+T T ,是RCP 和LCP 的传输系数。另一种性质是透过光的椭圆角η。它被表征为两种偏振光之间透过率的差异。

()()[]./arctan

-+-++-=T T T T η （4） 由于手性介质对RCP 和LCP 吸收的不同，η也表征了圆二色性。对于θ很大η很小的人造的手性超材料在负折射的应用中是很完美的。

图1

2.2. 有效参数的提取过程

图1为空气中圆偏振光在手性超材料等效介质层中的透过和反正系数的原理图。

在图1中可以看到，应用电场和磁场在d z z ==,0平面上切向连续的条件，并把入射波系数设为1，那么透过和反射系数为一下只：

d k n n i d

k in e

Z Z Ze T 00)(22)1()1(4-+±+±--+= （5） d

k n n i d k n n i e Z Z e Z R 00)(22)(2)1()1()1()1(-+-+++±--+--= （6） 其中0k 时电磁波在真空中的波数。从6式中可以发现LCP 和RCP 的反射系数是一样的。因此我们得到了三个未知量（Z n n ,,-+）和三个独立的方程，从而解得：

-

+-+---+=T T R T T R Z 22)1()1( （7）

?

?????±????????? ??+--=??????±????????? ??+--=--++ππm i R Z Z T d k i n m i R Z Z T d k i n 21111ln 21111ln 00 （8） （9) 其中m 是由体系决定的任意整数。式（7）-（9)的结果一定要满足无源介质的条件： .0)Im(,0)Re(≥≥±n Z （10）

图2

在得到Z n n ,,-+的结果后，其他的参数则可以通过以下式子得到：

Z n n n n n n /,2/)(,2/)(00=-=+=-+-+εκ。

另外，在手性超材料有效介质层的参数提取的研究过程中，Zhao 等人在改进了有效介质层生长在衬底时，其参数的提取50。

虽然实际上直接测量得到圆偏振光的透过和反射参数是很困难的，但是这些参数可以有线偏振光的透过和反射参数计算得到。下面这个式子给出了圆偏振光和线偏振光之间投射和反射系数的关系：

.)()()()(21???

? ??--+++-+---++=???? ??--+--+++yx xy yy xx yx xy yy xx yx xy yy xx yx xy yy xx t t i t t t t i t t t t i t t t t i t t T T T T （11） 图2展示了实验测量yx xx t t ,的原理。乳沟手性结构是C 4旋转对称的，那么圆偏振光的转变项),(+--+T T 则可忽略，同时线偏振的光仍然是线偏振。圆偏振光的投射可以简化成只和yx xx t t ,相关：

.yx xx it t T ±=± （12）

3. 一些典型的负折射率手性超材料

和3D手性超材料诸如螺旋线结构瑞士卷结构9,10相比，双层的平面手性结构的构建更加适应于平面加工工艺。因此，接下来我也主要讲一讲双层的平面手性结构。

图3

3.1. U型谐振腔手性超材料

通过堆叠两层相互绞扭的SRRs，可以形成一个磁二聚体，进而这个磁二聚体的阵列产生了光学活性66,67。但是，由于缺少旋转对称性，线偏振入射光对它的光学活性影响很大。为了克服这个缺点，一个U型的SRR对组合结构被提了出来，而它则满足了C4对称36（图3）这个结构在x和y方向上的周期都为15mm，这远小于操作波长，而它的厚度为1.66mm，波沿z方向传播。因此构成的CM对于垂直入射波是等效单轴的。

图4

图5

图3中的结构，对于一列E 长在x 方向沿z 方向入射的线偏振波，透射的E 场在x 和y 方向都能被找到，yx xx t t ,。与此同时，线偏振波的反射波还是保持原来的线偏振。基于这些散射结果，RCP 和LCP 波的反射和透射强度光谱，吸收光谱，偏转方位角θ，和椭圆角η都能得到。图4为图3结构对应的模拟结果。根据RCP 和LCP 波的投射和反射系数，有效参数μεκ,,,,,0n n n -+将能提取，图5为其结果。

对比图5（a ），（b ）和（c ），（d ），由于κ±=±0n n 的对应关系，

巨大的手性值κ在5.1(6.4)GHz 谐振频率附近，把RCP （LCP ）的折射率拉低到了负值，如图5（c ），（d ）所示。需要指出的是图5（f)中，在5.1GHz 附近，有效磁导率μ的虚部是负值。这种现象在参数提取过程中是很常见的，且它的起因是原胞的不均匀和有限的厚度68。

通过研究谐振点的电流模式，四U 型谐振腔结构的手性超材料的机理已经得到讨论36。 单个的U 型谐振腔在谐振点可以看作是在该平面上一个点偶极子和一个垂直该平面的磁偶极子的耦合67。由于上下两层之间的U 型谐振腔相互扭转了90度，所以一对谐振腔之间只需要通过

磁偶极子来耦合。在较低的谐振频率点5.1GHz ，上下两层的四U 型SRRs 的电流方向是相同的，所以它们的磁偶极子是平行的。相反的，在较高的谐振频率点6.3GHz ，则电流方向是相反的，所以它们的磁偶极子的方向是相反的。根据电流分布，当x 方向的电场在5.1GHz 和6.3GHz 谐振点上作用到手性超材料时，x 方向上的磁场是不为零的。另外，在5.1GHz ，x H 和x E 是相反方向的，而在6.3GHz 则是相同方向的36。电场和磁场之间的这种关系和本构关系是一致的，式

（1）。

图6 图7

3.2互补型的负折射率手性超材料

根据Babinet 的理论65，如果金属线在0

的入射场垂直照射，并且它的互补形状被互补入射场)/,(0000c E B cB E c c =-=照射，

那么金属线的散射场的模式和它互补结构的散射场是一样的，除非这两个入射场的偏振态对于这两个系统是相反的。由于金属线的散射场可以近似的当成一个点偶极子的激发场，而在这点偶极子附近有其他被高阶的多极化场，那么它的互补形状的散射场可以认为是虚拟磁偶极子的辐射场。Babinet 的理论已经应用在了超表面和单层超材料的设计中69,70。但是，Babinet 的理论不能直接应用到双层结构中。因此，这个理论很少在多层结构中发现。下面，我讲介绍一个奇特基于双层交叉线手性超材料的互补性超材料。

图8

图9

如图6所示为互补型CM 的单周期原胞原理图，它由双层金属（铜）平面组成构建在FR-4相反的两面。两个交叉线从金属平面中抠出38，相互扭转了30o 。这个结构在x 和y 方向上的周期都为21nm ，这小于它的操作波长，它的厚度为1.66nm 。波的传播方向为z 方向。

类似于上面的过程，RCP 和LCP 的透射光谱，偏振旋转方位角θ，椭圆角η都可以计算得到。图7为计算结果，图8为提取的有效参数),,,,,(0μεκn n n -+。

在图8的κ曲线中，对应于手性有两个共振点。较低的共振点在f =5.28GHz ，较高的则在f =8.77GHz 。低于f =5.28GHz 时，0n 是正的，而κ是负的。高于这个频率，0n 是负的，而κ是正的。对于f =8.77GHz 两边，只有κ改变了正负性，而0n 一直是正的。对比图8（a ），（b ）和（c ），（d ），由于关系式κ±=±0n n ，κ值大道可以把RCP 在的低于f =5.28GHZ

高于f =8.77GHz 处的等效折射率拉低到负值。与此同时，高于f =5.28GHz 时，最初LCP 的负折射率变宽了。图8（e ），（f ）为με,参数结果。值得注意的是，在5.10-5.28和8.77-8.90GHz 频率范围内，()()εμRe ,Re 是正的，而在传统的手性材料中是不会出现的。因此，RCP 的负折射率实际上来自相对较小的0n 和很大的κ值。像图5（f ）中的情况，μ的虚部有一部分范围中为负值。

为了理解手性行为的机制，两个金属层之间的H 场分布和谐振点的表面电流分布已经经行了研究38。图9为在两个透射峰频率处模拟的H 场分布和表面电流分布。图9（a ）和（b ）为GHz f 17.50=，图9（c ）和（d ）为GHz f 58.52=。对于这两种情况，入射波的E 场偏振方向是x 。从图9（a ）和（b ）可以看出，H 场分布和表面电流分布表明了非对称的磁偶极子对的耦合情况。这两个虚拟的磁偶极子如图9（a ）所示，实箭头对应前面的虚拟的磁偶极子，两个偶极子之间的夹角为30o 。对于图9（c ）和（d ），H 场分布和电流模式也表明非对称偶极子耦合的情况。唯一不同的是夹角，它为60o 。在更高的谐振点频率8.77GHz ，H 场分布和电流模式没有表现出那些磁偶极子38。这些有趣的现象表明，Babinet 的理论在设计较低谐振频率的双层的互补型手性材料是有很好的应用。

图10

3.3负折射率和高品质因素的复合手性超材料

到目前为止，相当的负折射率的CMs 已经被报道了29-38。但是，除了互补型的CMs 得到一个大的κ时，大的相对介电常数ε（或是大的相对磁导率μ）也是存在的，在低于手性谐振点处。因此，在低于手性谐振点频率时，κ的绝对值往往是小于0n 。因此，负折射率只可能发生在高于谐振点的范围，在这些地方，相对介电常数ε（或相对磁导率μ）是很小的，甚至的负的。所以，一种由手性部分和连续金属线组成的复合超材料被提了出来41。利用连续的金属线，在低于谐振频率时大的介电常数得到补偿，这样使得0n 变得小于κ在低于谐振频率时。因此，负折射率在低于手性谐振频率时能够实现。

图10为复合CM 原胞结构的示意图41。铜制的扭和花环和连续的铜线制备在一层聚四氟乙烯相反的两面。这个结构在x 和y 方向上的周期都为19mm ，这小于操作波长，另外这个结构的厚度为2.06mm ，波在z 方向上传播。为了研究传统金属线结构在只有扭和花环结构的CM 中的作用，CM 和复合CM 作为对比都进行了研究。

图11

图11为基于模拟数据得到的单层的CM 和复合CM 的有效参数（-+n n ,的实部和虚部）。对于CM ，由于地域谐振频率是大的ε或者μ值，这样就不能在这个频段得到负折射率。另外，在高于这些手性谐振点的频段，-+n n ,的虚部都很大。因此，在这个频段内负折射率的品质因素很差。只有图中很小的阴影部分对于手性超材料时有用的，如图11（a ），（c ）。对于RCP 波，这个有用的波段从9.56GHz 到9.71GHz ，最大的品质因素为8.4。对于LCP 波，有用的波段从4.42GHz 到4.53GHz ，最大的品质因素到达了6.6。

图11（b ），（d ）为复合超材料的有效参数。对于RCP 波，负折射率的带宽任然处在高于谐振频率波段。负折射率的虚部很小的区域用阴影表示了出来。另外，在频率5.36到5.58GHZ ，

最大的品质因素能够到达50。对于LCP波，在低于谐振频率，在5.13到5.29GHz频段有一个负折射率的带宽，它最大的品质因素也达到了18。在图11（b），（d），在频带边界的左边和右边处有效折射率的虚部非常的大。这是由于连续金属线的存在和在频率5.36和8.7GHz处 的有效值被拉低到小于0了在这两个频率点附近。

显然，复合CM的品质因素远远大于CM。以上结构说明复合CMs在实现负折射率上可能比CMs更好。

图12

4.体手性超材料的构建

理论上的研究表明各项同性的CMs可以通过手性原胞在一个三维周期晶格上的堆叠来构建15,71。同时在实验上，在微波段，二维的CM可以用非平面手性原胞来构建19,20。对于平面CMs，一种直接的方法去构建体CM是一层层地堆叠周期层。但是，如果用这种方式构建体CM，那么情况将变得复杂由于构建模块之间强烈的相互作用。因此，当这些手性单元之间的作用很强时，研究有效参数如何变化就变得很关键。

图12（a）为相互扭和的交叉线结构39的两层平面手性单元堆叠的示意图。这个结构在x和y方向上的周期都为13mm，这小于操作波长，每一层的手性结构的厚度为1.06mm，波沿z方向传播。这四个交叉线分别从w1到w4标记。显然，w1和w2，w3和w4之间存在着耦合，并使得每个单元为一个手性单元。当两个原胞相处很近时，还存在着另外的耦合效应。一种耦合来自w1（w2）和w3（w4）之间的耦合，这种耦合对光学活性没有贡献，但它可能影响了整个结构的阻尼。另一种耦合来自w1（w2）和w4（w3）。特别的是，由于w2和w3之间先对较小的距离，如图12（b）所示，它们之间的耦合很大程度上改变了整个结构的光学活性。当相邻的手性层很小是，体CM的有效参数将和单层的参数有很大的区别39。

因此，在设计一种体CM，通过在周期晶格中堆叠手性单元来构建是，如果相邻原胞之间存在耦合时，基于Lorentz同质化过程15,71的近似分析方法是不够的，同时应用严格的全波电磁模拟来确定体结构的本征模式。

5.总结

在这个报告中展示评估了手性超材料领域的最新发展。然后基于相关的作者的研究小组的研究，简单介绍了一些典型的双层的平面手性超材料，比如U型的开环谐振器结构的，互补型

的，复合型的超材料被设计出来去实现一个高品质因素的负折射率。其中也提到了体手性超材料的构建和其中由于临近单元之间耦合导致的一些困难。

从微波段到可见光波段，展示了手性引发的巨大的光学活性，圆二色性和负折射率18,19,29,31。虽然聚到的光学活性和圆二色性在红外和可见光波段已经实现了32,35，但是这些波段的负折射率手性超材料还没有实现。虽然，有人提出负折射率的手性超材料可以用来聚焦圆偏振光，但是实验上还有待去验证这个聚焦效应。除了展示出诸如光学活性，圆二色性和负折射率的性质，手性超材料还可以当做吸收器，甚至是影响卡西米尔力75,77。希望将来有更多设计手性超材料的奇特设计能被开发和利用。

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手性药物拆分的研究进展

手性药物拆分的研究进展 许多药物具有光学活性(opitical activeity)。一般显示光学活性的药物分子，其立体结构必定是手性(chirality)的，即具有不对称性。手性是指其分子立体结构和它的镜像彼此不能重合。互为镜像关系而又不能重合的一对分子结构称为对映体(enantiomer)。虽然对映异构体药物的理化性质基本相同，但由于药物分子所作用的受体或靶位是由氨基酸、核苷、膜等组成的手性蛋白质和核酸大分子等，后者对与之结合的药物分子的空间立体构型有一定的要求。因此，对映异构体在动物体内往往呈现出药效学和药动学方面的差异。鉴于此，美国食品药品监督管理局规定，今后研制具有不对称中心的药物，必须给出手性拆分结果，欧盟也提出了相应的要求。因此，手性拆分已成为药理学研究和制药工业迫切需要解决的问题。 目前，利用酶法、超临界流体色谱(SFC)法、化学法、高效液相色谱(HPLC)法、气相色谱(GC)法、毛细管电泳(capillary electrophoreisis，CE)法和分子烙印法拆分对映体，已成为新药研究和分析化学领域的重要课题。笔者在本文综述了近年来利用上述方法拆分手性药物的研究进展。 1酶法 酶的活性中心是一个不对称结构，这种结构有利于识别消旋体。在一定条件下，酶只能催化消旋体中的一个对映体发生反应而成为不同的化合物，从而使两个对映体分开。该法拆分手性药物已有较久的历史，反应产物的对映过剩百分率可达100％。酶催化的反应大多在温和的条件下进行，温度通常在0～50℃，pH 值接近7.0。由于酶无毒、易降解、不会造成环境污染，适于大规模生产。酶固定化技术、多相反应器等新技术的日趋成熟，大大促进了酶拆分技术的发展。脂肪酶、酯酶、蛋白酶、转氨酶等多种酶已用于外消旋体的拆分。脂肪酶是最早用于手性药物拆分的一类酶，是一类特殊的酯键水解酶，具有高度的选择性和立体专一性，反应条件温和，副反应少，适用于催化非水相递质中的化学反应，在B 一受体阻滞药、非甾体类抗炎药和其他多种药物的手性拆分中都有广泛的应用。意大利的Batlistel等用固定于载体Amberlite AD-7上的脂肪酶对萘普生的乙氧基乙酯进行酶法水解拆分，对温度、底物浓度和产物抑制等进行了研究，最后使用500 mL的柱式反应器，在连续进行了1200h的反应后，得到了l8kg的光学纯S-萘普生，且酶活性几乎无损失。另外，酯酶具有很高的工业价值，其应用前景也极为广阔。Jiaxin等利用pseudomaonas cepacia脂肪酶拆分了一类酰基取代的1．环己烯衍生物，通过酶催化酯交换反应，得到产率较高的光学纯化合物，且提供了反应过程监测方法。这种方法可推广到该类化合物系列衍生物的合成与拆分。 2 SFC法 根据手性选择剂种类不同，该分离方式主要包括氨基酸和酰氨类手性固定相、Prikle型手性固定相、环糊精型键合固定相如聚甲基异丁烯酯等。由于SFC 法尚处于发展阶段，各种参(如温度、压力、流动相的组成和密度等) 对分离度的影响机制还未完全清楚。SFC法具有简单、高效、易于变换操作条件等优点，已成为与HPLC法和GC法互补的拆分方法，因其具有独特的优越性，应用前景极为广阔。Nozal等用Chiralpak AD柱和Chiralcel OD柱在SFC条件下拆分了驱肠蠕虫药阿苯唑亚砜化合物，并研究了甲醇、乙醇、乙丙醇及乙腈等有机溶剂对立体构型的影响。结果表明，在以Chiralpak AD柱为固定相时，用2丙醇可以获得最好的拆分效果；而在Chiralcel OD柱上用甲醇效果最好。

超材料行业行动计划

超材料行业行动计划产业投资建设规划

超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超常的物理特性使得超材料的应用前景十分广泛，其应用范围覆盖了工业、军事、生活等各个方面。例如，电磁超材料可以用于隐身衣、电磁黑洞、慢波结构等元器件的制作，适用于吸波材料、智能蒙皮、雷达天线、通信天线，对未来的雷达、通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。 当前我国正处于全面建设小康社会的关键发展阶段，国内国际环境总体上都有利于我国加快发展。相关产业作与国民经济关联度比较高，随着推进工业化和城镇化进程，都将拉动相关产业的快速发展。 为加快区域产业结构调整和优化升级，依据国家和xx省产业发展规划，结合区域产业xx年发展情况，制定该规划，请结合实际情况认真贯彻执行。 第一部分规划思路

以产业转型升级为发展主线；以质量效率型、集约增长型为主要 发展方式；以创新驱动为主要发展途径。促进区域产业总体保持中高 速增长，产业迈向中高端水平，实现产业发展质量和效益全面提升。 第二部分原则 1、坚持融合发展。推进业态和模式创新，促进信息技术与产业深 度融合，强化产业与上下游产业跨界互动，加快产业跨越式发展。 2、协同发展，实现互利共赢。加强区域产业集中谋划，统筹产业 协同发展。创新产业合作模式，打破市场壁垒，推动要素自由流动， 构建多层次、宽领域的产业融合发展机制，实现优势互补、互利共赢。 3、因地制宜，示范引领。着眼区域实际，充分考虑经济社会发展 水平，逐步研究制定适合区域特点的能效标准。制定合理技术路线， 采用适宜技术、产品和体系，总结经验，开展多种示范。 第三部分产业发展分析 超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具 备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具 备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方 面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在 其中起到了决定性的作用。

中国在超疏水材料研究方面的进展

中国在超疏水材料研究方面的进展 分子一班 张雷 3013207391 Abstract ： 摘要：具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景，因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌，因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。近些年来，这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。可以说，超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。本文在查阅有关文献的基础上，分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。 关键词：超疏水、超双疏、表面改性、润湿性

1、背景： 表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。 自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。受这些自然界中现象的启发，许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。 2、超疏水材料制备方法分类： 2.1 模板法： 江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯（PC）膜上，然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内，最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。

手性超材料研究进展

手性超材料研究进展 钟柯松 2111409023 物理 1. 引言 超材料是有特殊电磁性质的人造结构性材料，其中一个典型的性质就是负折射率。第一种负折射率材料1两个部分组成：一个是连续的金属线，它来实现负介电常数2，另一个是开环谐振器，来实现负的磁导率3。在同时实现复介电常数和负磁导率的时候，负折射率就是实现了。后来，人们大多数以这个原则4-5来设计负折射率材料。虽然负磁导率在微波段很容易实现，但是在光频区域却极其困难7,8。与此同时，Pendry9，Tretyakov10,11和Monzon12等人从理论上提出了另一种利用手性实现负折射率的途径。而手性材料层作为完美透镜也从理论上实现了9-13。在这些报告中，Pendry提出了一种3D螺旋线结构来实现负折射率的手性超材料9。Tretyakov等人则在理论上研究了在手性和偶极粒子手性复合材料中得到负折射率的可能性11。理论表明，负折射率是可以在以3D螺旋对称为晶格的金属球超材料中可以得到14。同时也表明，周期上的手性散射是3D和各向同性负折射率的原因15。实际上，Bose曾经在1898年利用螺旋结构研究了平面偏振电磁波的旋转16。Lindman也是研究微波段人造手性介质的先驱17。最近，Zhang等人在实验上实现了一个3D手性超材料在THz波段的负折射率18。Wang等人则在微波段同时实现了3D手性超材料的负折射率和巨大的光学活性和圆二色性19,20。但是，这些提到的3D手性超材料都很难构建。同时，平面手型超材料显示了光学活性也被报道了21-24。这里需要指出的是，平面手性结构是正真的3D手性结构是不同的。Arnaut和Davis第一次把平面手性结构引入到了电磁波的研究中25,26。一个结构如果被定义为手性结构，那么它应该是在任何平面是没有镜面对称的，然而，一个平面结构被认为是手性的，则它是不能和它在该平面上的镜像重叠的，除非它不在这个平面上。实际上，一个平面手性结构还是和镜像镜面对称的。在垂直入射的情况下，在光传播方向上镜面对称的结构是没有光学活性的27。除非在这个结构上增加衬底来打破传播方向上的镜面对称，这样光学活性就能得到了22-24。然而，手性在这些结构是非常微弱的。后来，Rogacheva等人进一步地提出了双层的手性结构，展现出了很强的光学活性28。这个两层的花环状的平面金属层相互平面扭和在两个平面中，它们也不像3D手性原胞一样连接在一起18-20，二是通过电磁场来相互耦合。它的光学活性强到了整个结构都显示出了负折射率。在这个开创性的工作下，一些不同的双层手性结构，从微波段到近红外波段被相继的提出。如双层花环结构29,30，双层十字线结构31,32，金属切线对33，卍字结构34，四个‘U’型结构35-37，互补性手性结构38等等。另外，多层的平面手性结构也被提了出来29,39。它表明，在构建体手性超材料时，邻近原胞之间的耦合效应也应该考虑在内。由于存在这个耦合效应，体手性超材料和单原胞手性超材料的性质存在差异39。当手性超材料在负折射率带中工作是，品质因素（FOM）来评估它的损耗级别40。FOM被定义为折射率实部和虚部比值的绝对值。在一个波长对应的介质中波振幅衰竭为exp（-2π/FOM)。为了得到高的FOM，一种复合的手性超材料在最近提了出来41。另外，可调节的手性超材料也有报道42。 基于传输和反射参数的有效折射率的提取是一种在表征设计的超材料是的方便有用的手段43-47。随着手性超材料研究的进展，负折射率用其他提取方法中也得到了18,29,48,49。Zhao 等人总结了这些提取方法，简练出了几个简单的公式，这在手性超材料的研究中是非常有用的50。非互易式传输在信息处理中起到了至关重要的作用，点偶极子就是一个典型的例子，它在电

手性药物的合成与拆分的研究进展

手性药物的合成与拆分的研究进展 手性是自然界的一种普遍现象，构成生物体的基本物质如氨基酸、糖类等都是手性分子。手性化合物具有两个异构体，它们如同实物和镜像的关系，通常叫做对映异构体。对映异构体很像人的左右手，它们看起来非常相似，但是不完全相同。 目前市场上销售的化学药物中，具有光学活性的手性药物约占全部化学药40% } 50%，药物的手性不同会表现出截然不同的生物、药理、毒理作用，服用对映体纯的手性药物不仅可以排除由于无效(不良)对映体所引起的毒副作用，还能减少药剂量和人体对无效对映体的代谢负担，对药物动力学及剂量有更好的控制，提高药物的专一性，因而具有十分广阔的市场前景和巨大的经济价值[Dl 1由天然产物中提取 天然产物的提取及半合成就是从天然存在的光活性化合物中获得，或以价廉易得的天然手性化合物氨基酸、菇烯、糖类、生物碱等为原料，经构型保留、构型转化或手性转换等反应，方便地合成新的手性化合物。如用乳酸可合成(R)一苯氧基丙酸类除草剂[}z}。天然存在的手性化合物通常只含一种对映体用它们作起始原料，经化学改造制备其它手性化合物，无需经过繁复的对映体拆分，利用其原有的手性中心，在分子的适当部位引进新的活性功能团，可以制成许多有用的手性化合物。 2手性合成 手性合成也叫不对称合成。一般是指在反应中生成的对映体或非对映体的量是不相等的。手J险合成是在催化剂和酶的作用下合成得到过量的单一对映体的方法。如利用氧化还原酶、合成酶、裂解酶等直接从前体化合物不对称合成各种结构复杂的手性醇、酮、醛、胺、酸、酉旨、酞胺等衍生物，以及各种含硫、磷、氮及金属的手性化合物和药物，其优点在于反应条件温和、选择性强、不良反应少、产率高、产品光学纯度高、无污染。 手性合成是获得手性药物最直接的方法。手J险合成包括从手性分子出发来合成目标手性产物或在手性底物的作用下将潜在手性化合物转变为含一个或多个手性中心的化合物，手性底物可以作为试剂、催化剂及助剂在不对称合成中使用。如Yamad等和Snamprogetti等在微生物中发现了能催化产生N-氨甲酞基一D-氨基酸的海因酶( Hy-dantoinase)。海因酶用于工业生产D一苯甘氨酸和D一对轻基苯甘氨酸。D一苯甘氨酸和D一对轻基苯甘氨酸是生产重要的临床用药半合成内酞胺抗生素(氨节青霉素、轻氨节青霉素、氨节头炮霉素、轻氨节头炮霉素)的重要侧链，目前国际上每年的总产量接近SOOOto 3外消旋化合物的拆分 外消旋拆分法是在手性助剂的作用下，将外消旋体拆分为纯对映体。外消旋体拆分法是一种经典的分离方法，在工业生产中己有100多年的历史，目前仍是获得手性物质的有效方法之一。拆分是用物理化学或生物方法等将外消旋体分离成单一异构体，外消旋体拆分法又可分为结晶拆分法;化学拆分法;生物拆分法;色谱拆分法;膜拆分和泳技术。 3. 1结晶拆分法 3.1.1直接结晶法 结晶法是利用化合物的旋光异构体在一定的温度下，较外消旋体的溶解度小，易拆分的性质，在外消旋体的溶液中加入异构体中的一种(或两种)旋光异构体作为晶种，诱导与晶种相同的异构体优先(分别)析出，从而达到分离的目的。在。一甲基一L一多巴的工业生产中就是使两种对映体同时在溶液中结晶，而母液仍是外消旋的，把外消旋混合物的过饱和溶液通过含有各个对应晶种的两个结晶槽而达到拆分的目的[3]。结晶法的拆分效果一般都不太理想，但优点是不需要外加手性拆分试剂。若严格控制反应条件也能获得较纯的单一对应体。 3. 1. 2非对映体结晶法 非对映体结晶法适用于拆分外消旋化合物，利用天然旋光纯手性拆分试剂与消旋化合物

手性表面活性剂研究进展

手性表面活性剂的研究进展 摘要：简介手性表面活性剂的分类、结构，重点综述胆汁盐类、皂苷类手性表面活性剂的研究与应用，以及氨基酸型、季铵盐型、烷基糖苷型和松香型手性表面活性剂的合成与研究现状。 关键词：手性表面活性剂；进展；手性分离；立体合成 手性表面活性剂(chiral surfactant)是指一类性质上具有一般表面活性剂特性——具有油水两亲性，结构上含有手性中心的手性分子。由于分子结构中有手性中心的存在，该类表面活性剂具有良好的区域选择性、不对称催化能力和手性识别能力。尤其是在特定的手性拆分中的手性识别能力，使得手性两亲分子在立体选择性合成和手性药物分离领域逐渐成为一大热点。此外，近年来，在无机材料科学方面，利用手性表面活性剂合成无机介孔材料的研究也有迅速的进展。 随着医药科学和材料科学等领域的发展，手性表面活性剂由于其独特的分子结构特性而具有的不可替代性使得它的需求日益增加，因而引起了化学、材料等学科对手性表面活性剂的普遍关注。 目前获得手性两亲分子的途径还比较少，而且只局限于应用已有的手性源来合成，因此手性表面活性剂的类型并不多。主要可从来源分为天然手性表面活性剂和合成手性表面活性剂两大类。 1.天然手性表面活性剂 天然手性表面活性剂可细分为胆汁盐类和皂苷类两类。 1.1胆汁盐(Bile salts)类 胆汁（酸）盐类手性表面活性剂属于阴离子表面活性剂，具有光学活性，可用于手性对映体的拆分，最早由Terabe等[1]在1989年应用在几种氨基酸和药物的胶束电动色谱（MEKC 法）手性分离中。其基本结构式如图1，主体结构由四个饱和稠环构成。表1列举了几种常见的胆汁盐类手性表面活性剂。 图1 胆汁盐类结构式 表1 几种常见的胆汁盐类手性表面活性剂

超疏水材料研究进展

超疏水材料的研究进展 2015年5月3日

超疏水材料的研究进展 摘要：超疏水性材料因为它独特的性质，而在很多方面得到了广泛的应用。近年来，许多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构，人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面，从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本原理和一些自然界中的超疏水表面现象，重点介绍近几年超疏水表面应用的最新研究进展。最后，对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。 关键词：超疏水、仿生、润湿、功能化表面 自然界中，经亿万年的自然选择，许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能，比如荷叶、花生叶、莲叶等植物表面和水黾、鲨鱼表皮、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀等动物体表。一直以来，这类自然现象都启发着各领域的科学工作者们，尤其是近几十年，仿生超疏水表面以其优越的防腐蚀、自清洁、防覆冰、抗菌等性能，在防腐、自清洁、建筑防水、流体减阻、防污等领域都有广泛的应用[1]。因此，对超疏水材料进行总结和展望，对这种材料的发展有重要的意义。 1超疏水原理 超疏水表面的定义可以从字面意思上进行理解，即指难以湿润的表面，固体表面的湿润性作为固体表面重要的特性之一，不仅受到固体表面粗糙度的影响，还受固体表面化学成分的影响，我们可以用液体与固体的接触角θ来作为是否湿润的判断依据。接触角越大，表面的疏水效果越好，反之亦然[2]。当θ=0°时，所表现为完全湿润；当θ<90°时，表面为可湿润，也叫做亲液表面；当θ>90°时，表面则为不湿润的疏离表面；当θ=180°时，则为完全不湿润。一般θ>150°被称为超疏水表面[3]。 接触角是衡量表面疏水性涂层湿润性的主要指标，但并不是唯一指标，在实际应用中还可以根据前进角、后退角的大小来考虑其动态过程。前进角与后退角是液滴前进或后退时与固体表面所成的临界角度。但是如果不断增加或减小固体

茚酮类化合物的研究进展

2010年第30卷 有 机 化 学 V ol. 30, 2010 * E-mail: jlliu@https://www.sodocs.net/doc/d711571745.html, Received November 19, 2009; revised December 25, 3009; accepted February 1, 2010. ·综述与进展· 茚酮类化合物的研究进展 段义杰 刘建利* 王翠玲 (西北大学生命科学学院 西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室 西安 710069) 摘要 茚环结构存在于天然产物、合成药物、农药等分子中. 茚酮作为原料用于生物活性化合物的合成具有很强的工业应用前景. 同时在有机发光材料、染料合成方面也有应用, 还作为可光除去的有机保护基团. 对此类化合物的合成、应用进行了总结, 以促进相关的研究进展. 关键词 茚酮; 合成; 应用 Progress in the Studies of Indanones Duan, Yijie Liu, Jianli * Wang, Cuiling (Key Laboratory of Resource Biology and Biotechnology in Western China , Ministry of Education , School of Life Science , Northwest University , Xi'an 710069) Abstract Indan ring frameworks are ubiquitous in a large number of natural products, bioactive and phar-maceutically interesting molecules. Indanones therefore are very useful molecules as starting building blocks for the synthesis of biologically active compounds and thus are of tremendous industrial interest. It is also very useful in organic light-emitting devices, dyes and photoremovable protecting groups. The synthetic methods and application of this kind of molecules are reviewed in this paper. Keywords indanone; synthesis; application 茚酮的基本结构有1-茚酮、2-茚酮、1,2-茚二酮、1,3-茚二酮、茚三酮(Scheme 1). 其中茚三酮(Ninhydrine)非常有名, 又称水合茚三酮、水合茚满三酮. 茚酮结构广泛存在于天然产物、药物、农药等生物活性分子中, 也是有机发光、光致变色、染料等材料中的结构单元. 因此此类化合物具有广泛的应用前景[1]. 1 天然存在的茚酮及其衍生物 天然存在的茚酮化合物有 100多个, 其中重要的化合物有pterosin P (1), mukagolactone (2)和monachosorin A (3). 这些及相关结构的分子显示出多种生物活性, 例如平滑肌松弛活性、环氧化酶抑制活性等. 从海洋藻青菌中分离的化合物4显示抑制人血管内皮因子生长的 Scheme 1 活性, 在肿瘤血管生成调节方面具有应用前景[2] (Scheme 2). 一个新的茚酮类化合物2,6-dimethyl-1-oxo-4-indan- ecarboxylic acid (5)最近被从植物中分离出来, 虽然它的结构中有一个手性碳, 但该化合物不显示旋光性, 可能

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展 摘要随着世界机械化以及工业化的发展，全球的水资源污染逐渐严重，人民群众对于水资源的供应以及淡水资源的处理越发关注，且为水资源处理技术的发展做出了较大贡献。作为水资源净化技术的重要组成部分，油水分离净化技术水平不仅关系着淡水资源的提供质量，而且对于人民群众的身体健康也具有重要影响。基于此，本文将超疏水材料制备及其在油水分离中的应用作为主要研究内容，通过对超疏水材料进行简单阐述，进而对超疏水材料的应用以及其在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。本文旨在为超疏水材料在油水分离中的应用研究提供几点参考性建议，并为水资源的净化处理技术发展提供积极的推动作用。 关键词超疏水材料制备；油水分离；应用研究 前言 由于工业化的发展导致海洋中的水资源污染情况越加恶劣，有大量的油产品以及机溶剂污染流入海洋中，对海洋中的水资源产生了严重破坏，进而为水资源净化技术提出了更高的要求，对人类生存与发展也产生了威胁。基于此种宏观环境，本文对超疏水材料在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。 1 超疏水材料概述 超疏水材料主要是利用其中较为独特的化学结构以及其本身的润湿性能来作为水资源净化技术中的一种使用材料。由于该种材料在材质表面上具有润湿性的特殊原理，并能够作为超疏水材料而应用至油水分离的水资源净化中，其还具有两方面的特征。第一方面，表面为微纳米结构。第二方面，表面具有低表面能的特色。同时，在该种材料的制备过程中还具有成本较低以及制备材料环保的优势。因此，在油水分离的水资源净化中被广泛使用。但在超疏水材料的具体制备中还有耗时周期长的缺点，而该种缺点与实际制备中的优势相比并不对超疏水材料的实际应用构成威胁[1]。 2 超疏水材料的应用 由于超疏水材料在近几年的广泛使用中其本身的特殊性能受到各领域研究人员的关注，进而推动着超疏水材料在多个研究领域以及生活领域被应用。本文将超疏水材料的应用特性总结为以下五个方面。第一方面，自清洁的特性应用。由于超疏水材料本身具有良好的润湿性，在其进行使用的过程中能够对自身的灰尘与脏污进行自行清理。在具体的应用中，将超疏水材料的特性应用在城市高楼的建设中，利用超疏水材料的自清洁特性减少建筑玻璃清洁的次數，降低楼房玻璃清洁的成本，并在一定程度上节约水资源[2]。第二方面，抗冰雪的特性应用。由于在冰天雪地的寒冷地区，电线、航行等方面均会有风雪粘粘，进而导致电力能源的传输问题，并对正常的航行产生困扰。而应用超疏水材料的抗冰雪特性将

手性药物拆分技术的研究进展

手性药物拆分技术的研究进展 摘要:简要阐述了手性药物的世界销售市场。综述了目前实验室和工业生产领域手性药物的拆分方法,包括:结晶拆分法,化学拆分法,动力学拆分法,生物拆分法,色谱拆分法,手性萃取拆分法和膜拆分法等,并简要介绍了每种方法的应用情况及优缺点。 关键词:手性药物; 外消旋体; 手性拆分 自然界存在各种各样的手性现象,比如蛋白质、氨基酸、多糖、核酸、酶等生命活动重要基础物质,都是手性的。据统计,在研发的1200种新药中,有820种是手性的,占世界新药开发的68%以上[ 1 ]。美国FDA在1992年发布了手性药物指导原则,该原则要求各医药企业今后在新药研发上,必须明确量化每一对映异构体的药效作用和毒理作用,并且当两种异构体有明显不同作用时,必须以光学纯的药品形式上市。随后欧共体和日本也采取了相应的措施。此项措施大大促进了手性药物拆分技术的发展,手性药物的研究与开发,已经成为当今世界新药发展的重要方向和热点领域[ 2 ]。当前大多数药物是以外消旋体的形式出现,即药物里含有等量的左右两种对映体。但是近年来单一对映体药物市场每年以20%以上的速度增长。1993年全球100个热销药中,光学纯的药物仅仅占20%;然而到了1997年, 100个中就有50个是以单一对映体形式存在,手性药物已占到世界医药市场的半壁江山。在1993年,手性药物的全球销售额只有330亿美元;到了1996年,手性药物世界市场已增长到730亿美元; 2002年总销售额更是达到1720亿美元, 2010年可望超过2500亿美元[ 3～5 ]。广阔的应用前景和巨大的市场需求触发了更多的医药企业和学者探索更新更高效地获得单一手性化合物的方法。 不同的立体异构体在体内的药效学、药代动力学和毒理学性质不同,并表现出不同的治疗作用与不良反应,研究与开发手性药物是当今药物化学的发展趋势。随着合理药物设计思想的日益深入,化合物结构趋于复杂,手性药物出现的可能性越来越大;另一方面,用单一异构体代替临床应用的混旋体药物,实现手性转换,也是开发新药的途径之一[ 1 - 3 ]。1985～2004年上市的550个新化学合成药物中,有313个药物具有手性中心,其中以单一异构体上市的手性药物为167个,手性药物数量呈逐年上升趋势; 2005年世界药物的销售总额为6 020亿美元,而手性药物的销售总额为 2 250亿美元,占全球制药市场销售总额的37% , 2010年可望超过 5 000亿美元[ 4 - 6 ]。总之, 手性药物大量增长的时代已经来临,手性药物制备技术的发展亦日趋完善,这为以制备和生产手性药物为主要内涵的手性工业的建立和发展奠定了基础。 手性药物的制备技术由化学控制技术和生物控制技术两部分组成。手性药物的化学控制技术可分为普通化学合成、不对称合成和手性源合成3类;手性药物的生物控制技术包括天然物的提取分离技术和控制酶代谢技术。以前手性化合物为原料,经普通化学合成可得到外消旋体,再将外消旋体拆分制备手性药物中间体或手性药物,这是工业生产手性药物的主要方法。1985～2004年上市的58个含有一个手性中心的手性药物中,有27个手性药物是通过手性拆分法生产的[ 4 ]。 1结晶法拆分 结晶法拆分包括直接结晶法拆分( direct crys ta llization resolution )和非对映异构体拆分( dias te reom er crys tallization resolution) ,分别适用于外消旋混合物( conglom e rate)和外消旋化合物( racem ic compound)的拆分。在一种外消旋混合物的过饱和溶液中,直接加入某一对映体的晶种,即可得到一定量的该对映体,这种直接结晶的拆分方法仅适用于外消旋混合物,其应用几率不到10%。外消旋化合物较为常见,大约占所有外消旋体的90%。通过与非手性的酸或碱成盐可以使部分外消旋化合物转变为外消旋混合物,扩大直接结晶法拆分的应用范围。 对于外消旋化合物,可采用与另一手性化合物(即拆分剂, reso lving agent)形成非对映异

光学超材料的制备方法与参数提取(PDF X页)

第27卷第10期强激光与粒子束V o l.27,N o.10 2015年10月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S O c t.,2015 光学超材料的制备方法与参数提取* 李克训1,赵亚丽1,4,江波1,王东红1,王军梅2,3 (1.中国电子科技集团公司第三十三研究所电磁防护材料及技术山西省重点实验室,太原030006; 2.中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,太原030001; 3.中国科学院大学,北京100049; 4.山西大学化学化工学院,太原030006) 摘要:在光学超材料研究过程中,其微观结构的控制制备技术至关重要三综述了国内外在光学超材料制备方法方面的大致发展历程三重点介绍了二维光学超材料的制备技术,并分析对比了各种经典制备方法的 优缺点三在二维光学超材料制备方法基础上,进一步叙述了三维光学超材料的传统制备和新的研究制备方法三 简要介绍了均匀介质光学超材料的介电常数二磁导率二折射率和阻抗等有效电磁参数的提取过程三 关键词:光学超材料;实验;有效参数;刻蚀;自组装 中图分类号: O436文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201527.103233光学超材料是由亚波长结构单元或具有特异电磁特性的超原子组成的人工微纳结构材料三随着各个相关领域的发展,包括光磁学[1],光负折射率材料[2],巨大的人工手性[3],超材料非线性光学[4]和电磁隐身斗篷[5]等在内的光学超材料的诸多研究领域受到广泛关注三正如材料科学的许多分支一样,光学超材料的研究重点不仅仅是理论分析二设计与性能检测,还包括其具体微纳结构的制备技术与结构实现三在理论预测和仿真模拟方面,无论具有多么奇特的物理现象,都只有当其结构能够真正得以实现时,才能真正去验证理论推测和模拟结果三近年来,随着纳米加工技术的发展,特别是激光器[6]二飞秒激光[7]以及先进光学制造技术[8]的出现,使得光学超材料的制备技术得以快速发展三由于其结构单元需要控制在光波长范围,即几百纳米,所以相比微波频段的超材料结构,光学超材料的制备更富有挑战性三本文将分别叙述二维(2D)和三维(3D)光学超材料的制备方法,并简要介绍光学参数的提取,这将有利于光学超材料的模拟仿真和设计制备三 12D光学超材料制备 2D光学超材料的制备方法,主要包括电子束刻蚀(E B L)[9-11]二聚焦离子束(F I B)[12]二干涉刻蚀(I L)[13-14]和纳米压印刻蚀(N I L)技术[15-16]等方法三 1.1电子束刻蚀 电子束刻蚀是以电子聚焦束来代替光刻蚀中的光束,通过曝光在样品表面形成所需要的图案[9]三在光学超材料领域,大多数具有里程碑意义的研究结果,如负折射现象[10]二显著的磁响应[11]和巨大的手性效应[3]等都是通过电子束刻蚀来实现的三由于高能电子的德布罗意波长要远小于光波长,可以明显改变E B L系统中由于光的衍射极限造成的斑点,使其可以小到几个纳米,以便得到精细到纳米级别的图案三由于E B L为无掩模工艺,图形可以通过软件来控制,使其成为制备平面纳米结构最为普遍的工具三其主要缺点是效率低,时间长,价格高三因此,不适合制作大面积或批量制备光学超材料结构三 1.2聚焦离子束 与E B L不同,该法是用镓离子聚焦束来实现图形化,加速离子具有几十k e V的能量,足以溅射出样品表面的金属或电介质原子,其离子束聚焦光斑约为10n m,使其成为制造光学超材料的一种替代技术三与电子束刻蚀相比,不涉及后处理过程,且操作过程相对比较简单,能在短短20m i n内,制备出面积为16μm?16μm 的开口谐振环纳米图形结构[12]三虽然F I B法在时间上效率比较高,但其并不是制造高品质光学超材料的首选三该过程在本质上是一种破坏和污染过程,过程中高能离子束可以注入到样品表面,导致超材料结构的单元成分和形状发生改变,并进一步造成超材料性能预测与实际观测之间的差异三因此,该法在特定设计中可以快速图形化,但不作为2D光学超材料结构的一般性制备方法三 *收稿日期:2015-05-01;修订日期:2015-07-17 基金项目:山西省青年科学基金项目(2014021020-1);预研项目(201262401090404);国家重点基础研究发展计划(2013C B A01700) 作者简介:李克训(1982 ),男,硕士,主要从事电磁防护研究;l i k e x u n c c@126.c o m三 通信作者:王军梅(1986 ),女,博士,主要从事发光与光催化研究;j u n m e i_88@126.c o m三 103233-1

超疏水材料研究报告进展

超疏水材料研究进展 摘要:本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。 关键词:超疏水材料；超疏水应用；制备 1 引言 近年来，超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料，就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的，荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应，污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代，因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景，研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前，通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明，因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。 人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同，我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时，我们认为这种材料是亲水材料；如果水滴在材料表面的接触角小于5o，那么这种材料是超亲水材料，例如经浓硫酸和双氧水（体积比为7：3）处理过的硅片，水滴在它的上面会立刻铺展开，展示出超亲水的性质；当材料表面接触角大于90o时，我们认为这种材料是疏水材料；如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料，例如我们前面所提到的荷叶，水滴在其表面的接触角大于150o，不能稳定停留，极易滑落，因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示，（a）为亲水，（b）为疏水。 (a) (b)

颠覆未来作战的前沿技术——超材料

超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料是一个具有重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域，将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。 新型材料颠覆传统理论 尽管超材料的概念出现在2000年前后，但其源头可以追溯到更早。

1967年，苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”，而呈现出与之相反的“负折射率关系”。 这种物质将颠覆光学世界，使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现出有违常理的行为，例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”。 随着传统材料设计思想的局限性日渐暴露，显著提高材料综合性能的难度越来越大，材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高，

发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路，成为新材料研发的重要任务。 ● 2000年，首个关于负折射率材料的报告问世； ● 2001年，美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料； ● 2002年，美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性； ●2003年，由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果，被美国《科学》杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。 此后，超材料研究在世界范围内取得了多项成果，维克托·韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。 现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。与常规材料相比，超材料主要有3个特征： 一是具有新奇人工结构； 二是具有超常规的物理性质； 三是采用逆向设计思路，能“按需定制”。 负折射率材料具有介电常数与磁导率同时为负值的电磁特性，电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循负

手性药物的检测方法研究进展

２ ０１９年第３期分析仪器Ａｎａｌｙ ｔｉｃａｌ　ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＮｏ．３Ｍａｙ ．２０１９　１　基金项目：江苏省高等学校自然科学研究项目（１８ＫＪＤ１５０００３ ）。檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱殗 殗 殗 殗 综　述 手性药物的检测方法研究进展 李周敏＊　曾　韬　姚开安　李心爱　宣　婕 （南京大学金陵学院，南京２１００８９ ）摘　要：对手性药物的分析一直是药学领域的一个研究热点，近年来各种检测新方法也不断应用于手性药物的分析中。本文主要介绍了近十年来手性药物的检测方法。比较目前已有的手性药物检测方法的优势与不足，并对手性药物检测方法的发展趋势进行了展望。 关键词：手性药物　对映异构体　手性检测　综述ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ．ｉｓｓｎ．１００１－２３２ｘ．２０１９．０３．００１Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｈｉｒａｌ　ｄｒｕｇｓ．Ｌｉ　Ｚｈｏｕｍｉｎ＊，Ｚｅｎｇ　Ｔａｏ，Ｙａｏ　Ｋａｉａｎ，Ｌｉ　Ｘｉ＇ｎａｉ，Ｘｕａｎ　Ｊｉｅ（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｊｉｎｇｌｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２ １００８９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｈｉｒａｌ　ｄｒｕｇｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｓｔ　ｄｅｃａｄｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄｓ．Ｋｅｙ　 ｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｒａｌ　ｄｒｕｇｓ；Ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒ；Ｃｈｉｒａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｒｅｖｉｅｗ１　前言 手性药物即在药物分子结构中引入手性中心所得到的一对互为镜像与实物的对映异构体。目前，临床上使用的药物约有三分之一是手性药物。在药代动力学方面，手性药物也可能在体内的吸收、分布、代谢和排泄中表现出一定程度的立体选择性。因此手性药物的检测在新药研发、活性化合物筛选和药物检验中均十分重要。本文就手性药物的检测方法进行综述。 ２　手性药物的检测方法 近年来各种检测新方法不断应用于手性药物的分析中，包括旋光法（ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ）和旋光色散法（ｏｐｔｉｃａｌ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ＯＲＤ）、圆二色性法（电子圆二色性法ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ，ＥＣＤ、振动圆二色性法ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　 ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ，ＶＣＤ）、手性拉曼光谱法（Ｒａｍａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｃｔｉｖｉｔｙ ，ＲＯＡ）、质谱法（ｍａｓｓ　ｓｐ ｅｃｔｒｕｍ，ＭＳ）、核磁共振法（ｎｕｃｌｅａｒ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＮＭＲ），电化学法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ）、光学传感器等。２．１　旋光法和旋光色散法 旋光法（ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ）一直是人们最常用来检测手性分子的方法，以其操作简单、检测价格低而极受欢迎，也是现在《中国药典》中广泛使用的方法。虽然影响因素较多，包括温度、检测光波长、样本杂质等，但其在一定条件下满足手性分析基本需求。在实验中通常以光学纯度来对样品进行分析。通常将供试品在钠光谱Ｄ线处的旋光度与相同条件下同种纯品旋光度的比值定义为光学纯度（ｏｐｔｉｃａｌｐｕｒｉｔｙ ，Ｏ．Ｐ），其值某种意义上反映了供试品纯度。戴月华等人［１］ 用旋光法测定硫酸西索米星氯化钠注 射液中西索米星的含量。郝玲花等人［２］用旋光度法 测定布洛芬注射液中精氨酸的含量，主药布洛芬不 干扰精氨酸测定。杨振林等人［３］用旋光法测定氯霉素滴耳液中氯霉素的含量。董杰［４］用旋光法测定盐

超疏水材料的应用及进展

超疏水材料的应用及进展 在仿生研究领域，许多奇特的微/纳生物表面现象给予人们大量的启示。比如荷叶效应、水黾在水面上奔跑以及蝴蝶翅膀的自洁，引发了人们对超疏水材料的研究兴趣。本文综述了仿生超疏水表面的润湿性原理、主要制备方法和应用。 关键词：仿生超疏水；润湿性；制备方法；应用 在时间的长河中，大自然不断地孕育生命，每一个生命体都具有其独特的艺术性、科学性。人类在不断适应自然、认识自然的同时，逐渐开始研究自然。仿生研究是人们学习自然，提高现有技术的有效手段。在仿生研究领域，许多奇特的微纳生物表面现象给予了人们大量的启示与想象空间[1]。比如荷叶效应[2] 、水黾在水面上奔跑以及蝴蝶翅膀的自洁[3]，引发了人们对仿生超疏水材料的研究兴趣。 1 润湿性原理 固体表面的润湿性[4]对揭示表面亲、疏水性，强化表面疏水性能和制备疏水表面具有重要意义。描述润湿性的指标为与水的接触角，接触角小于9O°，为亲水表面，接触角大于90°，为疏水表面，接触角大于150°，则称为超疏水表面。 Wenzel[5]假设液体始终填满固体表面上的凹槽结构，粗糙

表面的表观接触角θ?与光滑平坦表面本征接触角θ存在以下关系：r （γs-g-γl-s）/γl-g=cosθ?=rI cosθ，式中r是材料表面的粗糙度因子，为固液界面实际接触面积与表观接触面积之比。而Cassie[6]认为疏水表面上的液滴不能填满粗糙表面上的凹槽，凹槽中液滴下存留空气，从而表观上的固液接触实际上是固液、固气接触共同组成，提出cosθ?=fs（1+c cosθ）-1，式中：fs是复合接触面中凸起固体面积与表观接触面积之比，其值小于1。而Cassie和Baxter[7]从热力学角度得到适合任何复合表面接触的Cassie-Baxter方程cosθ?=f1cosθ1+: f2cosθ2，式中θ?是复合表面的表观接触角，f1、f2分别是两种介质在固体表面上所占面积的比例，θ1、θ2分别是2种介质界面间（固液、气液）的本征接触角。研究发现[8]，固体表面随着微孔深度的增加，液体的浸润性增大，润湿性减小；随着孔间距的增大，液体的润湿深度先减小后增大。超 2 制备方法 由材料表面润湿性原理可知，材料表面能和表面微纳米结构是影响材料表面疏水、亲水性能的主要因素。制备仿生超疏水表面主要从两方面入手，一方面是使用具有低表面能材料，另一方面是改变材料表面粗糙度和微纳米结构。。 2.1、自然界物质中表面能最低的两种材料是硅氧烷、含氟