目前，晶体可以归属为三种类型：普通晶体（即单晶）、准晶和错位螺旋阵列晶。单晶和准晶均是由原子、离子或分子作为零维构建基元，直接堆积形成的。而错位螺旋阵列晶是逐级形成的：分子先形成一维的错位螺旋，一维的错位螺旋之间再平移排列，形成错位螺旋阵列。2019年南开大学化学实验中心王旭东博士首次报道了错位螺旋阵列晶。值得一提的是，这是目前发现的唯一一例错位螺旋阵列晶。

胆酸逐级形成错位螺旋阵列的自组装过程如图1所示：手性分子胆酸先形成四聚体，四聚体有一个2重旋转轴（图1a）。然后，黄色四聚体2沿着2重轴逆时针旋转≈0.021º堆积形成黄色四聚体3（图1b）；3同样螺旋错位堆积……直到形成错位螺旋。≈17200个四聚体构成一个螺旋周期（螺距：13.4 μm）。最后，一维的错位螺旋之间平移排列，形成错位螺旋阵列（图1c）。

图1 胆酸形成错位螺旋阵列的过程：

a）四聚体结构；b）四聚体的螺旋错位堆积；c）错位螺旋阵列（螺旋轴方向）。

冷冻扫描电镜照片证实胆酸的错位螺旋阵列具有棱柱外形（图2a），有趣的是，在激光共焦扫描显微镜的微分干涉差模式下，该错位螺旋阵列在激光共焦扫描显微镜显微照片中呈现出右手双股螺旋图案（图2b）。这种螺旋是错位螺旋阵列衍射可见光产生的，因此，这种螺旋称为衍射螺旋。图2c是错位螺旋阵列的特征X-射线衍射图案，衍射点和衍射弧构成双曲层线是其独特之处。

图2错位螺旋阵列的显微照片和衍射图案：a）冷冻扫描电镜照片；

b）可见光衍射照片；c）同步辐射衍射照片，这时错位螺旋阵列位于竖直方向。

总 结

错位螺旋阵列晶是一种新的晶体类型，其特点在于具有可见光衍射产生的右手双股衍射螺旋、X-射线衍射产生的由衍射点和衍射弧构成的双曲层线。这与传统晶体对称定律不同。作为一种新的发现，错位螺旋阵列晶尚未得到晶体学界的广泛认可。期待引起更多学者关注这一新领域、不断完善相关理论。

参考文献

[1] Wang X , Lu Y . A New Type of Crystal: Dislocation‐Helix Array of Cholic Acid[J]. Crystal Research and Technology, 2019.

供稿：王旭东

编辑：祁雪

审校：邱晓航，韩杰