涉猎《手性》思考

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　　最近在涉猎有关手性纳米材料前沿学术研究成果项目，所以就对此前沿课题编写涉猎观感。

手性指一个物体与其镜像不重合 。如我们的双手，左手通常与互成镜像的右手不重合。手性广泛的存在于自然界中，在多种学科中表示一种重要的对称特点。

　　手性广泛的存在于自然界中，在多种学科中表示一种重要的对称特点。如果某物体与其镜像不同，则其被称为"手性的"，且其镜像是不能与原物体重合的，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。手性物体与其镜像被称为对映体；在有关分子概念的引用中也被称为对映异构体。可与其镜像叠合的物体被称为非手性的，有时也称为双向的。

　　手性概念发展起源于医学、物理化学、光学活性一词用来解释手性物质与偏振光的相互作用，一个手性分子的溶液能是偏振光振动平面旋转。这一现象由让·巴蒂斯特·毕奥于1815年发现，并在制糖工业、分析化学、制药领域中显示出了重要性。路易斯·巴斯德在1848年推测出手性现象是源于分子。1961年反应停（沙利度胺）因为强烈致畸作用而被全面召回，进一步研究显示，反应停的R构型分子具有疗效，而S构型分子具有强烈致畸作用。反应停事件让药物的手性受到制药届的广泛重视。2001年威廉·斯坦迪什·诺尔斯、野依良治、巴里·夏普莱斯因在手性催化方面的贡献共享诺贝尔化学奖。

　　大自然中存在着这样一类物质，他们就像双胞胎一样，看似一样却又大有不同，认识它们让人类更加敬佩大自然，敬佩大自然的创造能力，就像它带给我们双手那样。

手性，可以理解为像手一样的性质，那么手又有什么样的性质呢？你大可不必思考，低头看看自己的那双手，他们彼此非常相似，但是却有很大的不同，两只手的中间就像隔着一片镜子那样，永远不可能重叠，这便是手性。

　　手性化合物的对映体之间有许多相同的理化性质，如熔点、溶解度、发生相同类型的化学反应等等，同时也有一些理化性质有极大的差异，如旋光性、气味、与手性物质相互作用产生不同的产物等，特别是许多与生物体密切相关的生化反应，均和化合物的手性相关联。为深入研究手性化合物对映体各种性质的异同，其拆分研究成为相关后续研究的基础，对相关科研来讲具有不可轻视的重大意义。

　　 对手性的研究，在造就工业奇迹的同时，也启发了我们对地球生命，甚至宇宙起源的重新认识。我们知道，在自然界的各个方面，尤其是物理和化学中，都广泛地存在着许多对称的概念：带负电的电子与带正电的反电子，磁场的南极和北极，以及化学中的分解和化合反应。就连遥远的地外星系也存在着正旋和逆旋的旋涡结构。

　　下图为2001年威廉·斯坦迪什·诺尔斯、野依良治、巴里·夏普莱斯三位科学家在手性催化方面的贡献共享诺贝尔化学奖。

威廉·斯坦迪什·诺尔斯（William Standish Knowles，1917年6月1日－），美国化学家。因在手性催化还原反应方面的研究，和野依良治、巴里·夏普莱斯一起获得2001年诺贝尔化学奖排第一位。

野依良治（Ryoji Noyori），1938年9月3日出生于日本兵库县芦屋市，是日本著名的有机化学家，毕业于京都大学，现任名古屋大学教授、名古屋大学理学研究科主任，并入选中国科学院院士中的外籍院士。2001年，因对不对称合成的贡献，时任名古屋大学教授的野依良治，获得了当年的诺贝尔化学奖排第二位和沃尔夫化学奖。

巴里·夏普莱斯教授却独辟蹊径，开创了催化不对称氧化反应的研究。夏普莱斯教授于1941年出生于美国费城，1968年获得斯坦福大学博士学位，现在是美国斯克利普斯研究所 W.M.Keck 化学教授，诺贝尔奖排第三位。

说明这项科学研究，新兴前沿科技成果也就十几年时间，有关技术还在进一步发展。

　　手性药物，是指药物分子结构中引入手性中心后，得到的一对互为实物与镜像的对映异构体。每一对化学纯的对映异构体的理化性质有所不同（不仅仅体现在旋光性上），根据不同的命名法则可以被命名为R-型或S-型、D-型或L-型、左旋或右旋。

　　历史上达尔文、华莱士等博物学家和生物学家都曾给宏观上的生物手性现象给与了大量关注，例如达尔文就写过Movement and Habits of Climbing Plants（《攀缘植物的运动和习性》）一书，在书中列出一张表，描述了42种攀缘植物，其中多数藤本植物茎蔓的螺旋是右手性的，而只有11种具有左手性。我们生活中观察到最多就是植物的左右旋生长，牵牛花向"左"盘，而啤酒花向"右"爬。

　　为什么一定要对这些生物化学药物分出个左右呢？两种难道还有不同吗？确实，手性药物与非手性药物有很大不同，有时候左右两种纯异构体的药性差不多，有时却差别很大，对在人体中甚至一种有利，一种有害。那么在这里就必须再把臭名昭著的"海豹儿"事件拿出来说一说了。

　　这就是手性药物的"锅"！大家熟知的"反应停（沙利度胺）"事件。20世纪50至60年代初期，沙利度胺在全球除美国以外的地方广泛使用。沙利度胺能有效地阻止女性怀孕早期的呕吐，但却由于妨碍孕妇对胎儿的血液供应，导致大量无手脚的"海豹畸形婴儿"出生，因此在后来的三十年里被禁止作为孕妇止吐药使用。后来研究发现，之所以会发生这样的悲剧是因为"沙利度胺"具有左旋和右旋两种结构，左旋体具有治疗作用，可以减轻孕妇的早期妊娠反应，但是它的手性伙伴（右旋体）却具有致畸性，导致了如上图所示的畸形婴儿的出现。

　　反应停是一种曾在现代医学史上造成巨大灾难的药物，已经被停止使用。但英国科学家发现，它在治疗肺癌方面也许能发挥一定作用。 英国医学专家发现，反应停对一种很难治疗的肺癌小细胞肺癌有疗效，早期试验的结果"令人鼓舞"。专家认为，反应停能够抑制肿瘤血管生长，对癌细胞有免疫刺激作用。 在英国癌症研究机构支持下，伦敦大学学院的科学家将主持一项大规模临床试验，招募400名病人参加，用反应停结合化疗的方法治疗小细胞肺癌。

反应停于20世纪50至60年代初期在全世界广泛使用，它能够有效地阻止女性怀孕早期的呕吐，但也妨碍了孕妇对胎儿的血液供应，导致大量"海豹畸形婴儿"出生。自60年代起，反应停就被禁止作为孕妇止吐药物使用，仅在严格控制下被用于治疗某些癌症、麻风病等。

　　为了避免类似惨剧，各国药品监管部门都要求外消旋药物分子进行手性拆分。这一举措极大提高了药物安全性，但手性分子的分离却不是个容易的过程。手性拆分过程中对手性的识别依赖于空间效应，由于没有通用的分离方法，不同种类的手性分子往往需要设计不同的分离策略。比如，使用基于色谱的方法来分离对映异构体，需要预先针对目标分子优化手性分离介质，成本高、耗时不说，还不一定能获得成功。

　　以色列魏茨曼科学研究所的Ron Naaman教授和希伯来大学的Yossi Paltiel教授等人另辟蹊径，不再依赖于空间效应来识别手性，他们把关注点转向了磁性。

通过实验证明，手性分子与垂直磁化基底的相互作用具有对映选择性。这为手性分子的拆分找到了一个新的、通用的方法，可以让制药业与精细化工业的手性拆分变得容易且廉价。

下图为利用磁性进行手性拆分示意图，一个左旋结构、一个是右旋结构拆分开后。

　　其二是色谱法以其拆分快速、高效，同时获得的对映体纯度高的特点被广泛使用。色谱法以色谱分离技术为基础，引入手性环境（不对称中心），使药物对映体之间呈现理化性质的差异，从而实现拆分。其中直接法是将不对称中心引入分子间，间接法是引入分子内。

　　色谱分析是指按物质在固定相与流动相间分配系数的差别而进行分离、分析的方法。其按流动相的分子聚集状态可分为液相色谱、气相色谱及超临界流体色谱法等。按分离原理可分为吸附、分配、空间排斥、离子交换、亲合及手性色谱法等诸多类别。按操作原理可分为柱色谱法及平板色谱法等。色谱法已成为应用最广、药典收载最多的一类分析方法。

　　另外一种是将药物共晶的思路巧妙的运用到手性拆分里，是一个很好的创新点。虽然现药物共晶实现手性拆分并未大批量工业使用，但从目前情况来看，药物共晶有着非常好的应用前景，一方面它的拆分效果也很好，设备要求不苛刻，避免了手性色谱的复杂操作和昂贵的成本，另一方面它也不需要复杂的理论研究，通过三元相图找到合适的结晶区就行。

添加的手性拆分剂与目标两种对映体中的仅一种特异性地共结晶，并且不能与另一种形成共晶。这种新型拆分技术特别有用，因为它可以在单一拆分步骤中获得高效率，并且可以进一步用于不易形成或不易形成盐的一系列化合物。但是必须承认，到目前为止，还是手性色谱法才能实现最有效的有效拆分。

下图为共晶法示意图。

　　自1999年以来，手性药物发展迅速，大量占据了市售药物的市场以及销售份额，手性药物的发展方兴未艾。根据不完全统计，目前世界上药物的使用总数目已经超过了2000种（不包括因为副作用已被禁用的），在这其中，手性药物的数目超过了50%，而根据最新统计分析，目前临床使用的200多种药物中，手性药物也已经超过了120种，目前各大药企正在研发的药物中，手性药物占到了2/3以上。全球每年手性药物销售增速大于15%，而在我国手性药物市场份额更是超过千亿元。

　　二种拆分法，色谱法以其独特的拆分优势站了手性拆分的半壁江山，具有良好的市场，但是由于成本高、操作复杂的特点无法大规模功能工厂化使用。而大部分的工厂化使用的仍是结晶法，结晶法在纯度要求不是很高的情况下，利用结晶器便于连续生产。共晶的方法作为一种新型的技术，虽然目前未在市场上推广使用，但是随着手性试剂的不断开发，特异性研究的不断深入，必将在未来发挥更好的作用！

　　新型手性超材料巧妙利用传统的纳米小球光刻技术以及常用的湿法转移技术，制备出两层具有有序纳米孔阵列的金纳米薄膜，并将其层叠在一起。两层金纳米孔阵列之间的相对旋转使得此双层结构具有莫尔图案以及手性特质。由于金纳米孔阵列在特定的入射光照射下能激发出表面等离激元，这种新型的莫尔手性超材料在其共振峰附近有着很强的手性光学特征。这些手性光学特性可以通过改变两层金纳米孔阵列的相对旋转来进行调控。

利用莫尔手性超材料的强手型光学特性以及其孔状结构，他们成功将止痛药萨力多胺与其有害的对映异构体区分开来。鉴于莫尔手性超材料具有超薄厚度（约为70纳米）、高灵敏度、低成本以及高制备输出等特点，该新型材料有望广泛应用于生命医药、食品安全以及先进光学器件等领域。

　　单壁碳纳米管可看作是由单层石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通常称为"手性"）的不同，可以体现金属性或带隙不同的半导体性。1993年，日本物理学家Sumio Iijima教授等在透射电子显微镜下首次观察到了单壁碳纳米管。单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率，因此，国际半导体路线图委员会2009年确定其为未来最有可能应用的新型器件材料，催生了单壁碳纳米管在物理、化学、材料、生物等多个领域的应用研究和功能展示。尽管如此，实现结构的可控制备是单壁碳纳米管走向应用的基础和关键，然而，经过二十余年的努力，尚未有实际的解决方案，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。

　　单壁碳纳米管（SWCNTs）具有优异的力学、光学、电学和化学性质，是可能取代硅，成为构建下一代纳米电子器件的关键纳米材料。根据手性指数，单壁碳纳米管分为半导体性单壁碳纳米管和金属性单壁碳纳米管。混杂在半导体性单壁碳管中的金属性单壁碳管限制了其在电子器件中的高效应用。因此，有效分离出半导体性单壁碳管是实现单壁碳管在电子器件中实际应用的关键。

　　多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳纳米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微环境，因此也具有能量的不均一性。

　　碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。

根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k±1，碳纳米管为半导体型。

　　碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。

碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称"超级纤维"。

碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

　　碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。

常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向，其中Ch=na1+ma2，记为（n，m）。a1和a2分别表示两个基矢。（n，m）与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定（n，m）的纳米管，如果有2n+m=3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n=m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。

　　常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。

　　用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。

在碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管可以作为模具，首先用金属等物质灌满碳纳米管，再把碳层腐蚀掉，就可以制备出最细的纳米尺度的导线，或者全新的一维材料，在未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中得到应用。有些碳纳米管本身还可以作为纳米尺度的导线。这样利用碳纳米管或者相关技术制备的微型导线可以置于硅芯片上，用来生产更加复杂的电路。

利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。

碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象机理最细的毛细管，给化学家提供了进行纳米化学反应最细的试管。

碳纳米管由于其巨大的表面积和表面疏水性，对共存污染物尤其是有机污染物具有很强的吸附能力。碳纳米管对污染物的吸附不仅会改变污染物的环境行为，也会影响自身的环境行为。因此，由于工程上的大量应用而导致广泛存在于环境中的碳纳米管的环境风险应当被关注。

　　利用碳纳米管导电性能，目前研发出了能够实时监测轮胎胎面的印刷传感器。当轮胎胎面出现磨损时，嵌入胎面内部的便宜传感器可以向司机发出警告。

这种传感器采用金属碳纳米管的全新设计，碳原子紧密排列，直径仅为一纳米。传感器通过在具有振荡电压的两个电极之间产生电场来工作。胎面以非常具体的方式干扰"边缘场"，这允许传感器以几乎完美的精确度跟踪胎面花纹深度的毫米级变化。

该传感器可以使用不同的方法由不同的材料制成，但最成功的结果是被打印在柔性聚酰亚胺薄膜上的金属碳纳米管电极。

　　利用纳米技术制作的传感器，尺寸减小、精度提高、性能大大改善，纳米传感器是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。

　　纳米传感器主要用于多模型、复合生物和化学传感，可调节的纳米尺寸允许由于传感器响应中的实质性干扰而产生更好的信噪比，即使是单个生物实体，如蛋白质、核酸、病毒等。此外，光谱分析允许对单个目标进行指纹识别。

　　"新型纳米超灵敏传感器"是由一系列纳米传感器组成，每一个传感器由两个碳纳米管组成，碳纳米管包括一个内导体和一个外导体。

该传感器的纳米腔内部有一个固定的主动传感元件，可与目标粒子结合测量纳米传感器阵列的电气参数变化，特别是对电容的检测。

　　"新型纳米超灵敏传感器"直径只约1毫米，纳米腔的范围为10-100纳米，可以对单分子的灵敏度进行实时检测，还可以结合纳米级的分子印迹对蛋白质进行检测，且不需要抗体，因为是非光学的检测，所以具备稳定、准确的测量数值。

　　"钻石传感器"，能给肝癌细胞拍"超清写真"，且分辨率达到了10纳米。

在纳米磁共振成像实验平台上，它发出的磁信号可以被"钻石传感器"探测到。

　　探测纳米级以下磁场分布的人造钻石传感器。

超纯单晶金刚石中的单个碳原子被一个氮原子取代后，相邻的晶格空隙就产生了一个氮空位中心。反过来利用这种特性就能为各种应用开发出灵敏度很高的原子量磁强计。

　　传感器是基于人造超纯钻石中的"氮空位"(NV)中心进行开发的。超纯单晶金刚石中的单个碳原子被一个氮原子取代后，相邻的晶格空隙就产生了一个氮空位中心。反过来利用这种特性就能为各种应用开发出灵敏度很高的原子量磁强计。

　　金刚石晶体中的碳原子如果被其他类型的原子取代，这将导致一种晶格缺陷。这样一种缺陷是氮空位中心（NV），其中一个碳原子被氮原子取代，而它的邻居缺失了（一个空位仍然保留在原处）。

　　金刚石的这种缺陷却被科学家用来制造量子位，目前研究最多的就是氮空位中心技术。这是因为由金刚石缺陷激发出的光粒子，能够保持量子位的叠加态，所以它们可以在量子计算设备之间传递信息。

　　这种缺陷被绿色激光照射，作为响应它将激发出红光（荧光）。这种光线有一种有趣的特点：它的亮度根据环境中的磁性而发生改变。这种独特的特征让NV中心可以特别用于测量磁场、磁共振成像（MRI）以及量子计算和信息。

　　为了制造出最优的磁场检测器，这些缺陷的密度需要增加，同时不会增加环境噪音，也不会损伤金刚石特性。

通过一种使用电子束的简单工艺，将碳原子从晶格中剔除，创造出一种超高密度的NV中心。

　　氮空位（NV）颜色中心展示出显著和独特的特性，包括室温下长的相干时间(~ ms)，光学初始化和读数、相干微波控制等。

这种NV颜色中心的密度得以改善，同时保持其独特的量子特性，预示着未来金刚石的磁场测量灵敏度的提升，也预示着固态物理和量子信息理论领域研究的未来方向。

　　高纯度纳米钻石粉提取物可以作用于人们皮肤的最深层，水分供给，营养供给，以及超纤维剥离过程。由此来刺激皮肤细胞，完成肤色提亮和均衡。钻石的热传导也可以改善皮肤的微循环,促进生成皮肤再生所需要的能量和改善皮肤的新陈代谢。强化微循环，增加细胞呼吸。提高皮肤弹力和美白效果。

　　特别是皮肤干燥症状一般都是由于皮肤老化，皮肤内的保湿因子不足或是表皮的皮脂产生异常，角质层的水分保留能力不足而造成的。用钻石来进行细微的去角质，促进皮肤再生，形成皮肤屏障，能有效保护皮肤里的水分。很多有名的皮肤科医院也有用钻石来去角质的项目。

　　最近化妆品、医药品界正在进行纳米钻石的研究开发。纳米钻石是拥有纳米大小的粒子的钻石。虽然物理性质和钻石一样，但是化学性质不一样所以用于化妆品、医药品界的开发。特别是DDS功能，也就是能促进好的物质深入到皮肤的最深层，在提高吸收率方面有很卓越的效果。另外还含有营养供给，治愈皮肤，以及能抓住水分的有卓越补水效果的成分，因此在化妆品、医药品界受到了极大的关注。

下图片是在以色列"AHAVA"化妆品企业生产过程自动化流水线，现场参观拍摄钻石粉面膜生产基地设备。

　　以下介绍传感器种类型，则多常见在智能手环以及较顶级、高端的手机中：详见下图及说明

　　光线传感器类似于手机的眼睛。人类的眼睛能在不同光线的环境下，调整进入眼睛的光线，例如进入电影院，瞳孔会放大来让更多光线进入眼睛。而光线传感器则可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机屏幕的亮度。而因为屏幕通常是手机最耗电的部分，因此运用光线传感器来协助调整屏幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。

　　距离传感器透过红外线LED灯发射红外线，被物体反射后由红外线探测器接受，藉此判断接收到红外线的强度来判断距离，有效距离大约在10米左右。它可感知手机是否被贴在耳朵上讲电话，若是则会关闭屏幕来省电;距离传感器也可以运用在部分手机支持的手套模式中，用来解锁或锁定手机。

　　重力传感器透过压电效应来实现。重力传感器内部有一块重物与压电片整合在一起，透过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平的方向。运用在手机中时，可用来切换横屏与直屏方向，运用在赛车游戏中时，则可透过水平方向的感应，将数据运用在游戏里，来转动行车方向。

　　加速度传感器作用原理与重力传感器相同，但透过三个维度来确定加速度方向，功耗小但精度低。运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。

　　磁场传感器测量电阻变化来确定磁场强度，使用时需要摇晃手机才能准确判断，大多运用在指南针、地图导航当中。

　　陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速度，是补充MEMS加速度计(加速度传感器)功能的理想技术。事实上，如果结合加速度计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员可以跟踪并捕捉3D空间的完整动作，为终端用户提供更真实的用户体验、精确的导航系统及其他功能。手机中的「摇一摇」功能(例如摇动手机就能抽签…)、体感技术，还有VR视角的调整与侦测，都是运用到陀螺仪的作用。

　　手机中的GPS模块透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。

　　超音波指纹传感器也有逐渐流行起来趋势。电容式指纹传感器作用时，手指是电容的一极、另一极则是硅芯片数组，透过人体带有的微电场与电容传感器之间产生的微电流，指纹的波峰波谷与传感器之间的距离形成电容高低差，来描绘出指纹的图形。而超音波指纹传感器原理也类似，但不会受到汗水、油污的干扰，辨识速度也更为快速。运用在手机中可用来解锁、加密、支付等等。

　　霍尔传感器作用原理是霍尔磁电效应，当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。主要运用在翻盖解锁、合盖锁定屏幕等功能当中，苹果的Smart cover还有多个品牌的官方手机配件，都运用了这项技术。

　　气压传感器，将薄膜与变组器或电容连接在一起，当气压产生变化时，会导致电阻或电容数值发生变化，藉此量测气压的数据。GPS也可用来量测海拔高度但会有10米左右的误差，若是搭载气压传感器，则可以将误差校正到1米左右;也可用来辅助GPS定位，来确认所在楼层位置等信息。苹果的iPhone 6/6s系列都搭载了气压传感器。

　　心率传感器透过高亮度的LED灯照射手指，因心脏将血液压送到毛细血管时，亮度(红光的深度)会呈现周期性的变化。再透过摄影机捕捉这一些规律性的变化，并将数据传送到手机中进行运算，进而判断心脏的收缩频率，得出每分钟的心跳数。

　　血氧传感器测量血液当中血红蛋白与氧合血红蛋白对于红光的吸收比率不同，用红外光与红光LED同时照射手指，并测量反射光的吸收光谱，藉此量测血含氧量。可用于运动或健康领域的应用。

　　紫外线传感器应用在某些半导体、金属或金属化合物的光电发射效应，在紫外线照射下会释放出大量电子，透过检测这种放电效应可计算出紫外线强度。主要用途也在运动与健康领域。

　　视觉传感器是指：利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息的仪器，通常用图像分辨率来描述视觉传感器的性能。视觉传感器的精度不仅与分辨率有关，而且同被测物体的检测距离相关。被测物体距离越远，其绝对的位置精度越差。

　　后记

手性是一种普遍的生物特征，从微观到宏观都起着十分重要的作用。例如，蛋白质全部由L构型氨基酸组成，而核酸则全部由D构型核糖组成。宏观上贝壳的螺旋结构，植物卷须和生物无法镜像重合的肢体与器官都离不开手性。在人们的实际生活中，手性识别在手性分离、生物制药、光学存储与开关及功能化传感器等有着广泛的应用前景。

对手性的研究，在造就工业奇迹的同时，也启发了我们对地球生命，甚至宇宙起源的重新认识。我们知道，在自然界的各个方面，尤其是物理和化学中，都广泛地存在着许多对称的概念：带负电的电子与带正电的反电子，磁场的南极和北极，以及化学中的分解和化合反应。就连遥远的河外星系也存在着正旋和逆旋的旋涡结构。科学家们不禁感到疑惑：这是否在提示我们在宇宙中存在着一种奇特的普适性的对称规律？

地球上没有右旋氨基酸生命，但是，按照手性的原则，它们确实是可能存在的，甚至，有智慧的右旋氨基酸生命也是存在的。

如果真是这样的话，他们又有些什么跟我们不一样的特性呢？左旋氨基酸组成的我们习惯于使用右手，右旋氨基酸组成的他们是不是习惯于使用左手呢？他们的思维是不是会采取另一种与我们相对映的方式呢？这种对映的规则又是什么呢？

假如有一天你遇见了外星人，为了表示作为地球人的友好态度，你打算请他回家喝一杯，在干杯之前，你一定要记得问问他们的氨基酸是右手性还是左手性的。如果是左手性的那就可以快乐的干杯。如果是右手性的，你可就得费点事--麻烦你去拿瓶右手性的啤酒!(注意:乙醇，结构简式CH3CH2OH是没有手性的，但啤酒除了乙醇以外还有其他成分）。所以外星生命为什么不敢轻易接触地球生命，人类到目前为止为什么还没有发现外星人及外星生命就是这个道理。这个左、右差异性还有待科学研究进一步深入探索。

图片：来自于本人收集。

文字：本人根据最新信息情报编辑。

音乐：The PromiseSecret Garden

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