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扭曲的亮橘色“蝴蝶结领结”。该图显示了光波接近扭曲的金属领结，并被领结的形状所转动。能够控制卷曲的纳米结构材料的扭曲程度可能是化学和机器视觉中有用的新工具。图片来源：密歇根大学科托夫实验室
科技日报记者 张佳欣
美国密歇根大学领导的一个研究小组显示，由纳米颗粒自组装而成的微米大小的“蝴蝶结领结”，可形成各种不同的扭曲形状，并能被精确控制。这一进展为轻松生产与扭曲光相互作用的材料开辟了道路，为机器视觉和药物生产提供了新的工具。相关论文15日发表在《自然》杂志上。
虽然生物学上充满了像DNA这样的扭曲结构，也就是众所周知的手性结构，但其扭曲的程度是固定的，试图改变它会破坏这种结构。
扭曲的纳米结构将编码从表面反射的光波形状的信息，它将优先反射某些类型的圆偏振光，这种形状在空间中移动时会扭曲。
信息将被编码为反射频率、扭曲的松紧度以及扭曲是左旋还是右旋的组合。通过避免使用自然光和环境光，而是依靠机器人产生的圆偏振光。无论是在明亮还是黑暗的环境中，机器人都不太可能错过信息或误解提示。它能选择性地反射扭曲光的材料，即手性超材料。
研究人员表示，他们已实现控制从完全扭曲的左手结构到平坦的结构，再到完全扭曲的右手结构的扭转。
研究人员将“领结”当作油漆，把它们与聚丙烯酸混合，然后涂抹在玻璃、织物、塑料和其他材料上。激光实验表明，只有当光中的扭曲与领结形状中的扭曲相匹配时，这种油漆才会反射扭曲光。
“领结”是由镉金属和胱氨酸混合制成的，胱氨酸是一种蛋白质片段，它在掺有碱液的水中，有左手和右手两种版本。每个“领结”都有糖果包装一般的扭曲结构，与其他可能需要数天时间才能自组装的手性纳米结构不同，“领结”只需90秒就能形成。该团队在“领结”光谱中制作了5000种不同的形状。
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