在过去二十多年中，手性诱导自旋选择效应（Chiral-Induced Spin Selectivity, CISS）逐渐成为自旋化学、分子电子学以及近年来电催化研究中最受关注的概念之一。

它最吸引人的地方在于：一个本身并不具有铁磁性的手性分子，竟然可以对不同自旋方向的电子产生不同的传输概率。

换句话说，手性结构本身就可以充当“自旋过滤器”。

CISS：charge current → chiral structure → spin-polarized current

由此自然产生一个问题：如果手性结构可以把电荷输运转化为自旋极化，那么这个过程能否反过来——把自旋信息重新转化成电荷信号？这正是 inverse CISS（ICISS，逆手性诱导自旋选择效应）要回答的问题。

01 为什么ICISS 值得关注？

现代自旋电子学的核心任务之一，是在“电荷”和“自旋”之间实现快速、低功耗并且可控的相互转换。

传统路线主要依赖自旋霍尔效应（SHE）和逆自旋霍尔效应（ISHE）。

SHE：Jₛ ∝ Jc × σₛ ｜ ISHE：Jc ∝ Jₛ × σₛ

但传统SHE/ISHE 往往依赖较强的自旋-轨道耦合材料，同时受到自旋霍尔角、自旋扩散长度以及材料体系的限制。

CISS 则提供了另一种思路：利用分子几何结构本身调控电子自旋。

因此，如果手性材料既能实现charge-to-spin conversion，又能实现 spin-to-charge conversion，就意味着手性本身可以成为控制自旋-电荷互换的一个新自由度。

02 CISS 和 ICISS，到底有什么区别？

CISS 中，未极化的电子进入手性结构后，不同自旋电子具有不同的传输概率，最终得到自旋极化电流。

CISS：电荷流 → 手性结构 → 自旋极化

ICISS 则从一个具有确定自旋极化方向的自旋流出发。

由于手性结构对不同自旋电子的传播方向存在偏好，体系中出现净电荷重新分布，最终形成可直接测量的电压信号。

ICISS：自旋流 → 手性结构 → 电荷响应

03 实验上怎么产生“纯自旋流”？

这项理论工作对应此前手性共轭聚合物中的实验构型。

体系由上方的自旋注入层和下方的手性聚合物层组成；实验中，自旋注入层使用Ni₈₁Fe₁₉。

通过铁磁共振驱动磁化进动，可以产生spin pumping，使界面形成自旋积累，并向手性层注入纯自旋流。

论文模型中，自旋流沿垂直界面的方向注入，而自旋极化方向位于分子层平面内。

图1｜原论文 Fig. 1：自旋注入、ISHE 与 ICISS 的物理示意图。

图源：原论文。

04 真正关键的问题：电子为什么会发生偏转？

作者认为，整个体系中有两类重要的自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling, SOC）。

·第一类来自异质界面电场所诱导的Rashba 型 SOC。

·第二类来自螺旋分子自身的分子内SOC：电子沿螺旋结构运动时，动量、局域电势梯度与自旋发生耦合。

因此可以得到一个直观的物理图像：SOC 负责让不同自旋电子产生不同方向的偏转；手性结构进一步打破沿螺旋轴正反方向的传播对称性。

二者共同作用，产生 ICISS。

05 ISHE 与 ICISS：看起来相似，本质却不同

对于传统ISHE，自旋流进入材料之后，不同自旋电子发生横向偏转，产生的电荷流满足：

ISHE：Jc ∝ Jₛ × σₛ

因此ISHE 的方向由自旋流方向与自旋极化方向共同决定，并且对分子的左手或右手结构并不敏感。

而在ICISS 中，作者得到的关系更接近：

ICISS：Jc ∝ ΩR/S

这里ΩR/S 表示手性分子的螺旋轴。

也就是说，ICISS 中产生电荷响应的方向直接受到分子手性轴控制。

这是其区别于传统 ISHE 的核心。

06 左手与右手分子，会产生相反的电压

作者系统比较了左右手性分子的输运性质。

ISHE 条件下，右手与左手结构的曲线几乎完全重合；但在 ICISS 条件下，改变分子手性会直接使电压信号反号。

ISHE：Right-handed ≈ Left-handed ｜ ICISS：Right-handed = − Left-handed

这意味着ICISS 并不是普通的自旋霍尔信号，而是一个真正携带“chirality fingerprint”的电学响应。

07 自旋方向必须“看见”手性轴

论文进一步改变注入自旋的极化方向。

设自旋极化方向与分子手性轴之间的夹角为θ，则 ICISS 近似表现出 cosθ 型角度依赖。

VICISS(θ) = VICISS(0) cosθ

当θ = 90°，即自旋极化方向与手性轴垂直时，ICISS 基本消失；当自旋方向翻转 180° 时，电压也随之翻转。

重要启示

CISS/ICISS 并不是“材料只要有手性就一定出现”。

真正关键的是手性轴、电子运动方向和自旋方向三者之间的空间关系。

图2｜原论文 Fig. 2：ISHE 与 ICISS 的能量依赖。

ISHE 基本与手性无关；ICISS 则随左右手性反号。

图源：原论文。

08 ISHE 与 ICISS 还能相互竞争或协同

当自旋极化方向在分子平面内连续旋转时，同一测量方向上可能同时包含ISHE 与 ICISS 两种贡献。

于是总电压可以写成两项叠加：

V = VISHE cosθ + VICISS sinθ

某些角度下，两者方向相反并相互抵消；另外一些角度下，两者同向并相互增强。

由此，电压的角度曲线会出现明显的相位偏移，而这个相位偏移又与分子的左右手性相关。

09 ICISS 对结构无序 surprisingly robust

真实的手性聚合物薄膜不可能完全有序，必然存在取向偏差、缺陷、杂质和局域势能波动。

作者因此在模型中加入较强的随机无序，并对1000 组不同无序构型进行统计。

结果显示，ISHE 和 ICISS 均保持相对集中的信号分布。

这说明 ICISS 并不是只在理想有序模型中存在的脆弱效应，而具有一定的抗无序能力。

图3｜原论文 Fig. 3：自旋极化方向旋转时，ISHE 与 ICISS 的角度依赖及其竞争/协同行为。

图源：原论文。

10 材料尺寸也会决定ICISS 的强弱

作者进一步研究了分子层厚度Lx、横向宽度 Ly 以及沿手性轴方向的分子长度 Lz。

·厚度增加时，ICISS 先增强、达到最大值后再降低，反映自旋扩散、自旋回流和电阻变化之间的竞争。

·改变垂直于手性轴的横向宽度Ly，ISHE 明显变化，而 ICISS 基本保持不变。

·增加沿手性轴方向的分子长度Lz，ICISS 逐渐增强并趋于饱和，这与 CISS 中常见的长度依赖行为相似。

图4｜原论文 Fig. 4：ISHE 与 ICISS 对材料厚度、横向宽度和分子长度的不同尺寸依赖。

图源：原论文。

11 这篇工作的核心贡献是什么？

如果把整篇论文压缩成一句话，可以概括为：作者给出了一个由“手性结构 + SOC + 自旋依赖电子偏转”构成的 ICISS 微观物理图像，并解释了为什么改变分子手性会直接改变 spin-to-charge conversion 的方向。

·理论上重现了此前实验观察到的ICISS。

·解释了ICISS 为什么会随着手性反转而反号。

·明确区分了ISHE 与 ICISS 的电荷转换方向和控制变量。

·进一步预测了角度依赖、ISHE-ICISS 竞争协同以及尺寸效应。

12对“自旋极化电催化”的进一步启发

对于手性电催化，一个长期存在的问题是：很多工作通过反应性能变化、外磁场响应或离线自旋表征来间接论证CISS，但真正参与催化反应的界面电子是否在 operando 条件下发生了可测量的自旋选择，往往仍缺少直接证据。

如果ICISS 可以拓展到复杂的固液催化界面，那么可能出现另一条检测路线：主动向手性催化界面注入已知方向的自旋流，再读取由手性界面产生的电荷响应。

一个具有说服力的实验体系至少应同时满足：左右手催化剂信号反号；消旋或非手性对照显著减弱；旋转自旋极化方向出现可预测的角度关系；并能进一步与反应速率、选择性或关键中间体覆盖度建立关联。

结语 从单向筛选到“手性-自旋-电荷”的闭环

CISS 最初告诉我们：分子的几何手性，可以选择电子自旋。

ICISS 又进一步表明：自旋信息同样可以借助手性结构转化为宏观可测的电荷信号。

Chirality ⇄ Spin ⇄ Charge

当这种物理图像进一步延伸到化学反应和电催化界面，一个更深层的问题也随之出现：手性能否成为像电势、应变或电场一样，可以主动操控界面电子状态和反应路径的物理自由度？这可能比单纯追求某一个反应的性能提升更值得长期关注。

原文信息

Tian-Yi Zhang, Peng-Yi Liu, Ai-Min Guo, Qing-Feng Sun. Spin-to-charge conversion driven by inverse chiral-induced spin selectivity.Phys. Rev. Lett. -Accepted24 August, 2026

中企承建光伏电站为越南绿色转型注入新动能

广告 中企承建光伏电站为越南绿色转型注入新动能 23:34 广告 广告 广告 了解详情 > 会员跳广告 首月9.9元 秒后跳过广告 1080P及以上画质仅为黄金会员专享> 开通/续费会员 抱歉，您观看的视频加载失败 请检查网络连接后重试，有话要说？请点击 我要反馈>> 正在切换清晰度... 播放 按esc可退出全屏模式 00:00 00:00 01:45 广告 只看TA 高清 倍速 剧集 字幕 字幕 下拉浏览更多 5X进行中 炫彩HDRVIP尊享HDR视觉盛宴 超清 720P 高清 540P 2.0x 1.5x 1.25x 1.0x 0.8x 50 哎呀，什么都没识别到 反馈 循环播放 跳过片头片尾 画面色彩调整 AI明星识别 视频截取 跳过片头片尾 是 | 否 色彩调整 亮度 标准 饱和度 100 对比度 100 恢复默认设置 关闭 单语言 双语言 选择显示语言 中文 English 主字幕（上方） 中文 English 副字幕（下方） 中文 English 关闭 复制全部log 位于越南中部的富美330兆瓦光伏电站由中国电建集团江西省电力设计院有限公司（中国电建江西院）负责工程总承包，占地320余公顷，安装了75万余块光伏板。

项目方介绍，电站每年可发电约5.2亿千瓦时，减少二氧化碳排放约40万吨。

富美电站建设前，站址是一片植被稀少的沿海沙地，土地盐碱度较高，难以用于传统农业生产。

项目团队根据当地条件优化支架连接设计，选用适应沿海环境的设备。

随着支架和光伏组件陆续安装，这片沙地开始用于生产电力。

项目建设高峰期曾提供2000多个就业岗位，电站投入运营后继续为当地提供就业机会，并通过培训帮助本地员工积累绿色能源领域的专业技能。

记者：刘颍、邹学冕 新华社音视频部制作

不只靶向 E3酶，E2 泛素结合酶也能开发小分子抑制剂

期刊：Journal of Medicinal Chemistry DOI：10.1021/acs.jmedchem.6c01896 泛素化药物研发，靶点不止 E3 近期，一项发表于Journal of Medicinal Chemistry的研究便聚焦于 E2 泛素结合酶 UBE2D2。

研究人员通过亲电试剂优先筛选（electrophile-first） 与 X 射线晶体学相结合的策略，发现了能够结合 UBE2D2 的新型小分子 XY54，并进一步利用蛋白-小分子共晶结构指导化合物优化，获得了对催化位点 C85 具有更明确结合偏好的候选化合物 XY54-24。

这项研究为理解 E2 的小分子结合机制，以及利用结构信息开发相关抑制剂，提供了新的研究基础。

亲电试剂优先筛选锁定苗头化合物XY54 为快速发掘共价活性分子，研究团队采用亲电试剂优先筛选策略，对带有共价弹头的化合物库进行直接筛选。

依托DSF、ABPP这两种成熟经典的生化筛选手段，团队最终鉴定得到骨架新颖的氨基噻唑类苗头化合物 XY54。

图1. 针对UBE2D2的共价化合物库筛选 图2. UBE2D2-XY54复合物的共晶结构 同时，从结合模式发现，C85 口袋在酰胺取代区域留有空余空腔；而C111 周边氨基酸排布紧凑，空间很小。

这种口袋环境的差异，为后续位点选择性改造提供了结构依据。

共晶结构指导优化，提升位点选择性与结合亲和力 C85位于催化口袋内，是抑制中间体E2~Ub形成的关键位点，而C111位于蛋白表面，是非催化位点。

因此共价抑制剂的优化目标是保留并增强C85结合，同时削弱C111的结合。

图3. 针对XY54的酰胺基与酯基进行结构引导修饰的策略示意图，旨在提高其对C85的选择性与结合亲和力，同时降低对C111的结合。

研究人员根据共晶结构展现出的口袋差异，分两轮对XY54进行了理性优化改造。

第一轮改造聚焦酰胺侧链。

通过在酰胺氮上引入不同取代基团，以实现“C85 口袋可以接纳该侧链，C111 口袋产生空间位阻冲突” 的目标。

经过多批衍生物合成与生化活性评价，发现带有对羟基苯乙基取代的XY54‑19综合表现最优。

图4. XY54-19优先结合于UBE2D2的C85位点 第二轮改造针对甲酯基团。

XY54‑19 自带的甲酯基团容易水解，存在代谢短板。

研究人员将酯基替换为一系列 N‑取代酰胺，筛选适配 C85 口袋的最优基团。

构效数据表明，只有体积小巧的小环酰胺可以很好适配口袋，其中环丙基酰胺衍生物 XY54‑24性能最佳。

图5. 通过酯基团修饰对XY54-19进行优化 生化测试结果显示，XY54‑24针对C85的抑制活性相比原始苗头 XY54 提升近 10 倍；GSH 体外反应测试显示，XY54‑24 弹头的本征巯基反应活性与临床共价药物阿法替尼相近，活性处于适中水平。

针对 UBE2D 家族各亚型的平行评价表明，XY54‑24 对 UBE2D2 的抑制活性优于 UBE2D1/3/4，表现出一定亚型选择性。

图6. XY54-24以UBE2D2 C85为靶点，并抑制其酶活性 图7. XY54-24对UBE2D家族蛋白的结合亲和力 细胞水平验证：抑制 A549 增殖并诱导凋亡 体外酶活实验证实，XY54‑24 能够阻断 UBE2D2‑泛素硫酯中间体形成，直接抑制 UBE2D2 酶催化功能。

进入细胞体系后，该分子可以穿透细胞，在胞内靶向 UBE2D2，剂量依赖性抑制 A549 肺癌细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡。

共价抑制剂特征的洗脱实验验证：小分子与靶蛋白形成稳定共价加合物后，即便洗去游离药物，抑制效果依旧维持。

搭配 siRNA 敲低实验进一步证明，化合物产生的细胞抑制作用部分依赖 UBE2D2 靶点，降低了表型来自非特异性毒性的可能性。

研究也客观指出先导分子的局限：活性仍处在微摩尔区间；同时人肝微粒体代谢半衰期短，距离适用于体内研究的高质量化学探针，还留有进一步优化空间。

图8. XY54-24可抑制A549细胞的增殖并诱导其凋亡 总结 这项研究以亲电试剂优先筛选结合X射线晶体学的手段，发现并优化得到了UBE2D2小分子配体XY54-24，其在细胞水平的实验结果证实，XY54-24能够抑制A549肺癌细胞的增殖。

在共价靶点开发中，DSF、ABPP 是快速验证小分子-蛋白互作、筛选活性苗头分子的经典手段，而共晶结构解析则是揭示结合模式、实现理性分子改造的核心利器。

青云瑞晶可以提供一站式的DSF、ABPP 生化筛选、蛋白-小分子共晶结构解析服务，助力共价抑制剂、分子胶、PROTAC 等项目锁定苗头化合物、解析结合模式、指导位点选择性改造，加速泛素化、激酶等热门靶点的药物研发进程。

青云瑞晶结构生物学服务，，， 点击了解详情 小程序