天津大学分子研究院团队通过手性配体诱导法在金多面体表面可控合成具有螺旋角结构的手性金纳米角（HNS），实现了表面增强拉曼散射（SERS）对氨基酸对映体的高灵敏度识别及圆偏振光驱动的高效光热杀菌，为手性纳米材料在生物分析和抗菌领域的应用提供了新思路。

研究利用 L-/D - 半胱氨酸（Cys）作为手性诱导剂，通过种子介导生长法调控金纳米角的螺旋方向与光学活性。当 L-Cys 浓度为 4 mM 时，可形成右旋角结构（L-HNS），其圆二色性（CD）信号呈现镜像对称的不对称因子（g-factor）峰值（±0.0013），而外消旋体 DL-Cys 则生成非手性对称结构（DL-HNS）。高分辨透射电镜（TEM）显示，L-HNS 和 D-HNS 的角状结构分别以顺时针和逆时针方向螺旋排列，证实了手性配体通过巯基（-SH）与金原子形成 Au-S 键，诱导金原子沿对映体特异性螺旋轨迹沉积的机制。

图 1：L/D/DL - 半胱氨酸诱导金多面体生成手性 / 非手性 HNS，SEM/TEM 及光谱显示手性结构光学活性差异。

 手性 HNS 的三维分支结构为 SERS 检测提供了丰富的活性位点和局域表面等离子体共振（LSPR）热点。实验表明，L-HNS 对 L - 苯丙氨酸（L-Phe）的 SERS 信号强度是 D-Phe 的 3.1 倍，D-HNS 对 D-Phe 的响应亦呈现同等差异，且混合溶液中信号强度与对映体比例呈线性关系（R²=0.997），实现了手性分子的定量分析。进一步利用 4 - 巯基苯硼酸（4-MPBA）修饰 D-HNS，其硼酸基团与大肠杆菌细胞壁肽聚糖中的 D - 氨基酸特异性结合，使细菌吸附效率提升 2.9 倍，SERS 光谱可捕捉到大肠杆菌的特征指纹峰（如 718 cm⁻¹、845 cm⁻¹），对应细胞壁成分及代谢产物，检测限低至 10⁻¹² M。

图 2：L - 半胱氨酸浓度影响 HNS 尺寸与手性活性，4 mM 时最佳。 

图 3：L-HNS 作为 SERS 基底对 R6G 检测具高灵敏度与稳定性。

在光热杀菌研究中，手性 HNS 的光热转换性能表现出显著的偏振依赖性。D-HNS 在右旋圆偏振光（RCP，808 nm，2.5 W/cm²）照射下，光热转换效率达 51.85%，溶液温度在 10 分钟内升高 40℃以上，而左旋圆偏振光（LCP）和非偏振光（UPL）的升温效果不足其 50%。这种选择性源于手性纳米结构与入射光的旋向匹配 —— 当 LSPR 的手性与 RCP 一致时，光能通过共振效应高效转化为热能。杀菌实验显示，D-HNS 与 RCP 协同作用可使大肠杆菌存活率降至 1% 以下，其机制包括纳米角尖锐结构的物理穿刺破坏细胞膜，以及局部高温诱导的蛋白质变性。此外，研究将 D-HNS 嵌入琼脂糖水凝胶，构建了可穿戴式光热杀菌薄膜，经 RCP 照射 1 小时后，细菌菌落数从 70 个降至 2 个，验证了其在伤口敷料等实际场景中的应用潜力。

图 4：手性 HNS 区分 D/L - 苯丙氨酸对映体并实现混合溶液定量分析。

图 5：D-HNS 对大肠杆菌吸附亲和力与抑菌效果优于 L-HNS。 

图 6：D-HNS 水凝胶薄膜制备及光热杀菌应用验证其实用性。 

该研究首次将手性光学响应、SERS 信号放大与偏振光热效应集成于单一纳米平台。手性 HNS 的螺旋角结构不仅提供了高比表面积和 LSPR 热点，还通过对映体选择性吸附实现了生物分子的立体识别，而圆偏振光的引入则赋予了杀菌过程的空间选择性，避免了传统光热疗法的非特异性损伤。天津大学团队的工作为开发 “检测 - 杀菌” 一体化的智能纳米器件奠定了基础，未来可进一步拓展至肿瘤细胞的手性识别、环境微生物的快速检测及耐药菌感染的精准治疗等领域。该研究成果不仅深化了对手性纳米材料构效关系的理解，也为跨学科融合的生物医学技术提供了创新范式。

参考文献：Shang B, Guan G. Chiral Growth of Gold Horns on Polyhedrons for SERS Identification of Enantiomers and Polarized Light-Induced Photothermal Sterilization[J]. Materials, 2025, 18(11): 2627.