1. Nature Nanotechnology：纳米孔探测酶切核苷单磷酸

对RNA进行修饰在调节各种生物过程中起到关键作用，并且与许多人类疾病有关。但是目前直接通过测序的方式直接鉴定RNA的修饰情况仍具有较高的挑战。纳米孔测序技术是一种具有前景的技术，目前的技术通常需要复杂的序列解码。通过序列纳米孔鉴定酶切核苷单磷酸能够提供非常准确的序列信息和RNA修饰情况。有鉴于此，南京大学黄硕等报道一种苯硼酸修饰的杂八聚体Mycobacterium smegmatis porin A纳米孔，这种方法能直接区别核苷单磷酸、5-甲基胞苷、N6-甲基腺苷、N7-甲基鸟苷、N1-甲基腺苷、肌苷、假尿苷和二氢尿苷。

本文要点：

1）通过相关报道准确率达到0.996的机器学习方法对microRNA和自然转移RNA进行定量分析，这种方法在多种核苷或核苷酸衍生物的检测过程中表现非常好的结果，为RNA序列的表观遗传测序提供一种新方法。

Wang, Y., Zhang, S., Jia, W. et al. Identification of nucleoside monophosphates and their epigenetic modifications using an engineered nanopore. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01169-2

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01169-2

2. Nature Commun.：替代和不变性增强的对比学习优化少量数据训练模型

随着科技的不断发展，越来越多的领域运用神经网络进行深度学习来解决问题。与传统的方法不同，深度学习依赖于大量数据进行训练，来发现隐藏的关系模式和相关性，并以此建模和优化。因此，该方法的有效性很大程度上取决于数据量的大小。然而，自然科学中的大多数问题不太适合这种方法。所以，急需开发新的需要数据量小的方法来解决上述问题。

减轻对数据的依赖的一种方法是迁移学习（TL），它指在已进行过预训练的神经网络上进行微调。相关研究验证了该方法在自然科学领域中的部分工作的有效性。但是，大多数工作项目来自于不同的源数据，导致靶向问题与源数据不匹配，限制了TL的效果。另一种方法则是自我监督学习（SSL）技术，它与TL的主要区别是，在预训练阶段使用未标记的数据，以避免对模型有效性的影响。近日，麻省理工的Charlotte Loh等人提出了一种替代和不变性增强的对比学习（SIB-CL），它是一种基于自然科学中问题单独开发的深度学习框架，其中辅助信息源通常是先验的或可容易得到的。

本文要点：

1）该工作提出了一种替代和不变性增强的对比学习（SIB-CL）技术，它具有以下几个特点：第一，该技术使用了大量未标记的数据；第二，该模型输入的均为先验性知识，即以物理不变性形式存在的公理，其可以由输入的几何对称性或问题的一般非对称性相关不变性来控制；第三，该技术还使用类似问题的代理数据集来进行训练，训练过程使用更为简化或近似的标记，生成成本更低。

2）该工作还进一步讨论了该SIB-CL的适用场景，其创建相关简化替代性数据集的特点，在数学领域中近似分析分支非常常见，其应用包括了原子间力场分析，泛函密度理论等。

Loh, C., Christensen, T., Dangovski, R. et al. Surrogate- and invariance-boosted contrastive learning for data-scarce applications in science. Nat Commun 13, 4223 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-31915-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31915-y

3. JACS：在中性介质中实现高效水电氧化的过渡金属−氧共价可调的管状纳米钙钛矿氧化物的一般合成

在中性pH的电解液中电解水制氢，不仅可以避免腐蚀和安全问题，扩大催化剂的选择范围，而且有望与人工光合作用和生物电催化相结合。然而，目前仍比较缺乏能够在中性溶液中进行高效催化缓慢析氧反应(OER)的多相催化剂。近日，中科大俞书宏院士，高敏锐教授报道了以碲纳米线为模板，采用水热退火法合成了比表面积可达30~48 m² g⁻¹的多种纳米钙钛矿氧化物，包括13种管状纳米钙钛矿氧化物（TNPO），即A位掺杂（Ce，Pr，Nd，Sm，Gd）的LaCoO₃，B位掺杂（Mn，Fe，Ni，Cu，Zn）的LaCoO₃，以及A/B位双掺杂的LaCoO₃。

本文要点：

1）研究人员实现了从这一新的TNPO家族全面筛选出可以在中性pH溶液中进行高效OER的催化剂，发现OER活性与过渡金属−氧（B−O）键的共价性呈现典型的火山关系。

2）结果表明，在1M磷酸盐缓冲溶液（PBS，pH=7）中，Sm掺杂的LaCoO（Sm−LaCoO）催化剂具有最佳的B−O共价态，进而获得了迄今为止所报道的最佳本征OER电催化活性。

本工作为发现和优化金属氧化物向高效的中性pH OER催化提供了一种有效策略。

Zi-You Yu, et al, General Synthesis of Tube-like Nanostructured Perovskite Oxides with Tunable Transition Metal−Oxygen Covalency for Efficient Water Electrooxidation in Neutral Media, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02989

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02989

4. JACS：Cu(II)-羧酸盐骨架材料对二氧化硫的吸附：配体官能化和开放金属中心的作用

开发用于二氧化硫（SO₂）的高效吸附剂材料具有重要的工业意义。然而，由于SO₂的腐蚀性，常规多孔材料通常表现出不良的可逆性和对SO₂吸附的有限吸收等问题。近日，曼彻斯特大学杨四海教授，Martin Schröder报道了一系列基于羧酸铜(II)的MOFs中SO₂吸附的综合研究，即MFM-100、MFM-101、MFM-102、MFM-126、MFM-190(F)、MFM-190(NO₂)、MFM-190(CH₃)和MFM-190(H)（之前发表为ZJU-5），展示了不同尺寸的金属配体笼，并显示了笼内开放的Cu(II)位点和官能团的组合。

本文要点：

1）MFM-126具有eea拓扑结构的(3,6)连接框架，其中[Cu₂(OOCR)₄]桨轮分别在赤道和轴向位置结合到接头的羧酸酯和嘧啶基，没有留下开放的Cu(II)位点。该系列中的其他材料在nbo拓扑中结晶，其中[Cu₂(OOCR)₄]桨轮分别在赤道位置和轴向位置与连接体的羧酸盐供体和水分子结合。通过在真空下加热去除末端结合的水分子，可以产生开放的Cu(II)位点。

2)研究发现，对于MFM-101和MFM-190(F)，后者具有氟官能化，在298 K和1 bar下分别显示18.7和18.3 mmol g^-1的SO₂完全可逆吸附；前者代表多孔固体中SO₂的最高可逆吸收。此外，这两种材料还显示出对SO₂的循环吸附和解吸的高稳定性，在多次循环中保持完全的结晶度和吸收能力。其他系统在反复的吸附-解吸循环中显示出吸收、孔隙率或结晶度的降低。

3）通过原位中子粉末衍射(NPD)、非弹性中子散射(INS)和同步加速器红外显微光谱研究，已经显现了MFM-190(F)和MFM-126中吸附的SO₂分子的主客体结合相互作用和位置。这些结果表明，开放的Cu(II)位点和配体功能化的结合，以及金属配体笼的尺寸和几何形状，导致了MFM-190(F)对SO₂的优异吸附。

Weiyao Li, et al, Adsorption of Sulfur Dioxide in Cu(II)-Carboxylate Framework Materials: The Role of Ligand Functionalization and Open Metal Sites, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03280

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03280

5. JACS：坚固的MOF中可调的受限脂肪族孔环境以高效分离具有相似结构的气体

微调金属−有机骨架（MOFs）的孔结构对于开发具有挑战性的结构相似分子的高能效分离过程至关重要。近日，麻省理工学院Xin He，浙江大学Qiwei Yang展示了一种实现MOF孔结构的准三维优化的策略，该策略利用多环烷基二羧酸配体中脂肪环的大小和数量的可调性。这一策略在等网状MOF中形成了可调节的受限脂肪族孔环境，在CH₄/C₂H₆/C₃H₈和Xe/Kr分离中都具有良好的分离性能，结合了C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄的记录，以及优异的Xe/Kr选择性、基准低压吸附能力和优异的稳定性。与基于平面芳环的普通配体的伸缩相比，由于桥联碳氢化合物部分的非平面性质，这一策略为实现对受限孔隙空间的三维大小和形状的精细调节提供了新的潜力。此外，桥烃部分的结构刚性有利于形成具有永久孔隙率的MOF，其非芳香性在MOF孔中创造了非典型的脂肪族化学环境，为特殊的吸附行为和机理提供了可能性。

本文要点：

1）分别以双环[1.1.1]戊烷-1，3-二元酸(H_2bpdc)和立方烷-1，4-二元酸(H_2cdc)为配体，成功地合成了两个具有良好水解性的异构型有机金属氧化物ZUL-C1（Al(OH)(O2C−C5H6−CO2)）和ZUL-C2（Al(OH)(O2C−C8H6−CO2)）。

2）当含有双环[1.1.1]戊烷主链的H₂bpdc配体被具有立方烷(即五环[4.2.0.0^2,5.0^3,8.0^4,7]辛烷)主链的H₂bpdc配体取代时，脂肪环的膨胀延伸了孔道的侧面，这可能会削弱主−客体与小气体分子的相互作用；然而，伴随着环数和半体积的增加，可以有效地缩小特定方向上可访问的孔空间的尺寸，形成具有更多烷基中心的等高孔表面，这有利于在受限空间中主−客体的相互作用。

3）通过将ZUL-C1和ZUL-C2应用于CH4/C2H6/C3H8和Xe/Kr的分离，结果表明，这些改变可以有效地提高相似气体分子的选择性，并显著增强优先分子在低压下的吸附，为天然气中重烃的同时脱除和超低浓度Xe/Kr的分离建立了新的基准。

Jingyi Zhou, et al, Tunable Confined Aliphatic Pore Environment in Robust Metal−Organic Frameworks for Efficient Separation of Gases with a Similar Structure, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05448

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05448

6. JACS：氢键网络促进TiO₂表面的水分解

目前，打破一个孤立的H₂O分子的强共价O−H键仍极具挑战性，但当H₂O分子通过氢键与其他分子相连时，它可以在很大程度上促进这一过程。在自然光合作用和人工光催化中，氢键网络的形成和执行对水的分解至关重要，目前正需要人们进行分子水平上的微观和光谱研究。近日，中科大王兵，赵瑾，谭世倞首次在锐钛矿型TiO₂ (001)-(1×4)表面观察到光激发水裂解。

本文要点：

1）氢键网络的形成是通过将水的覆盖率精确调节到一个单分子层以上来控制的。在紫外光照射下，氢键网络为光激发空穴的转移打开了一个级联通道，伴随着质子的释放形成表面羟基。由原位UV/X-射线光电子能谱监测，生成的羟基为TiO₂表面提供了多余的电子，导致Ti⁴⁺还原为Ti³⁺，并导致了带隙态的出现。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，吸附在1 ML以上的额外H₂O分子可以桥接表面O位和Ti⁴⁺位的H₂O以形成H-键网络，为光激发空穴转移到H₂O提供级联通道，伴随质子转移到TiO₂表面，以完成水分解。除了广泛关注的光催化剂的独特活性之外，研究还表明，普遍存在于实际水/催化剂界面的内部氢键网络对于水分解至关重要。

Xiaochuan Ma, et al, Hydrogen-Bond Network Promotes Water Splitting on the TiO₂ Surface, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03690

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03690

7. JACS：前驱体晶化法制备介孔钙钛矿型氧化锰纳米粒子及其好氧氧化催化性能

在某些情况下，由于两个特征之间的权衡关系，在保持高催化性能的同时追求高比表面积仍然是一个挑战。近日，东京工业大学Keigo Kamata，Michikazu Hara通过一种新的合成方法一步合成了具有高比表面积的介孔钴铁矿型锰氧化物（OMS-1）纳米粒子，该方法涉及通过MnO₄和Mn²⁺试剂之间的氧化还原反应产生的前体的结晶（即固态转化）。

本文要点：

1）研究发现，使用具有小颗粒的低结晶度前体对于实现固态转化为OMS-1纳米颗粒必不可少。比表面积达到了约250 m² g^-1，远远大于以前报道的方法（包括多步合成或溶解/沉淀过程）合成的Mg-OMS-1的值（13-185 m² g^-1）。

2）尽管纳米颗粒极小，但观察到OMS-1的催化反应速率和表面积之间的线性相关性，而颗粒尺寸和催化性能之间没有权衡关系。这些OMS-1纳米颗粒在以分子氧(O₂)为唯一氧化剂氧化苯甲醇和茴香硫醚的测试的锰基催化剂中表现出最高的催化活性，包括高活性的β-MnO₂纳米颗粒。

3）这种OMS-1纳米材料还可以作为可回收的多相催化剂，用于在温和的反应条件下有氧氧化各种芳香醇和硫化物。机理研究表明，醇氧化与固体产生的氧物种一起进行，并且OMS-1的高表面积显著有助于增强有氧氧化的催化活性。

Maki Koutani, et al, Synthesis and Aerobic Oxidation Catalysis of Mesoporous Todorokite-Type Manganese Oxide Nanoparticles by Crystallization of Precursors, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02308

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02308

8. JACS: 利用自驱动分子系统对少量未扩增的 SARS-CoV-2 核酸进行电化学检测

近些年，新冠疫情持续发生，出现大量感染事件和死亡事件。急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2)是导致感染的根本原因。因此，开发准确简单的技术检测该病毒显得尤为重要。目前，已经开发了各种技术来解决上述问题。其中，电化学生物传感因其响应速度快、操作简单、成本低、便携等优点而得到广泛研究，成为核酸检测的理想选择。然而，目前的电化学生物传感器对于调节外部刺激的传感过程缺乏可控性和智能化，这导致分析未扩增样品中的生物标志物的困难性增加。基于此，复旦大学魏大程等人提出了一种修饰在石墨烯微电极上的自驱动分子电化学系统 (MECS)。该系统由触手和DNA纳米结构构成的躯干组成。

本文要点：

1）触手上的探针和电化学标记保持直立方向，从而提高生物识别能力并避免伪信号。在识别目标核酸后，附近的触手与标记一起自发向下驱动，在方波伏安法(SWV)下产生电化学响应。

2）因此，它可以在 1 分钟内检测到 80 μL 中未扩增的 SARS-CoV-2 RNA，低至 4 个拷贝，比其他电化学检测方法低 2-6 个数量级。无需核酸扩增，临床样本的双盲检测和10合1混合检测可在1分钟内完成，与RT-PCR结果具有高度一致性。最后，开发了一个基于 MECS 的便携式原型，用于即时测试 SARS-CoV-2 。

Daizong Ji, et al. Electrochemical Detection of a Few Copies of Unamplified SARS-CoV-2 Nucleic Acids by a Self-Actuated Molecular System. J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI:doi.org/10.1021/jacs.2c02884

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02884

9. AM：超离子双功能聚合物电解质用于固态能量存储和转换

利用固态聚合物电解质实现良好的导电性是未来储能和转换技术发展的重要任务。近日，浦项科技大学Chang Yun Son，Moon Jeong Park提出了一种基于双功能聚合物聚(3-羟基-4-磺化苯乙烯)（PS-3H4S）的电解液创新技术平台。

本文要点：

1）削弱聚合物基质中-SO₃^-部分与嵌入离子的静电相互作用，以促进PS-3H4S电解液丰富的结构和动态非均质性。

2）离子液体加入后，在由界面离子层钝化的聚合物结构域的刚性模体中形成了相互连接的棒状离子通道，它允许离子松弛与聚合物松弛的解耦。这导致质子加速跳跃通过玻璃聚合物基质，并且在−35℃以下的低温下质子跳跃变得更加明显。3）PS-3H4S/离子液体复合电解质具有10⁻³ S cm⁻¹的高离子电导率和25 ℃下~100 Mpa的高储能模数，可成功应用于软致动器和锂金属电池。

Rui-Yang Wang, et al, Superionic Bifunctional Polymer Electrolytes for Solid-State Energy Storage and Conversion, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202203413

https://doi.org/10.1002/adma.202203413

10. AM：BN基底外延生长高性能脱氢氨分解Ru纳米粒子

Ru是NH₃脱氢反应活性最高的催化剂，NH₃的脱氢反应是实现将氨作为储氢材料的基础，Ru催化剂的表面B₅位点是氨脱氢反应催化活性最高的位点，但是B₅位点的密度非常低。有鉴于此，浦项科技大学Chang Won Yoon、首尔大学Jungwon Park等报道通过在对称的六方相BN基底上构建丰富的B₅位点Ru催化剂，这种催化剂的合成过程通过外延生长的方式在六边形BN纳米片上生长Ru纳米粒子，因此在纳米粒子的边缘位点主要为B₅位点。

本文要点：

1）当在催化反应过程中活化催化剂，其中的B₅位点的密度能够进一步增加，同时催化剂活化的过程中Ru纳米粒子的电子密度同样可以增加。

2）这项工作说明基底外延生长的方式控制催化剂的形貌，能够用于合成特定原子结构的高活性异相催化剂。

Sungsu Kang, et al, Heteroepitaxial Growth of B₅-site-rich Ru Nanoparticles Guided by Hexagonal Boron Nitride for Low-temperature Ammonia Dehydrogenation, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202203364

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203364

11. ACS Nano：用于长期高质量记录电生理信号的可拉伸海绵电极

柔性电子器件或传感器在可穿戴健康监测、可植入医疗设备以及人机交互界面等领域具有广泛的应用。例如，心电图（ECG）是一种最常用的心血管疾病的诊断手段，它能监测到心率失常，心肌梗死等疾病，有助于预防心脏病、中风等，肌电图（EMG）可用于监测神经和肌肉的健康状况，以诊断神经功能障碍或神经对肌肉信号传导问题，脑电图（EEG）可用于监测大脑活动以评估睡眠障碍，脑肿瘤和癫痫等。

在临床上，上述技术采用的电极是Ag/AgCl电极，外表包覆一层水凝胶，该水凝胶可有效降低电极与皮肤之间的阻抗，然而，Ag/AgCl电极本身仍是刚性的，不能很好的贴合皮肤，在测量时容易造成伪影。其次，Ag/AgCl电极通常有效面积较小，电极的大部分被粘合剂或封装材料包围，这些材料对信号收集没有贡献。最后，导电凝胶通常在电极表面相对较短的时间内干燥，并且随着凝胶蒸发，信号质量将逐渐降低。这些问题使得商用Ag/AgCl电极不适合可穿戴和长期动态监测应用。近日，华盛顿大学的Wang Chuan等人制造了一种柔性海绵电极，可用于长期高质量记录电生理信号。

本文要点：

1）该工作提出了一种低成本和可大规模制备的电极制造方法，该电极具有简单且稳定的结构，主体为多孔PDMS海绵，表面涂敷有导电聚（3，4-乙二氧基噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）层。由于电极内有富含大量微米级孔隙，皮肤和电极之间的有效接触面积大大增加，降低了接触阻抗，提高了测量的信噪比（SNR）。

2）此外，该工作将电极与导电水凝胶进行复合，由于电极的多孔结构，有效降低了水凝胶的干燥时间，使得电极具备长期监测的潜力。最后，该工作测试了ECG和EMG信号，验证了该电极的有效性和优异性。

Li-Wei Lo，et al，Stretchable Sponge Electrodes for Long-Term and Motion-Artifact-Tolerant Recording of High-Quality Electrophysiologic Signals，ACS Nano，2022

DOI：10.1021/acsnano.2c04962

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04962

12. ACS Nano：含有富血小板血浆的自愈合透明质酸纳米复合水凝胶用于皮肤再生

开发具有足够强度和自愈合能力的天然水凝胶来促进皮肤伤口愈合是一项重大的研究挑战。武汉纺织大学周应山教授、澳大利亚国立大学Pu Xiao和郑州大学第一附属医院Yanteng Zhao以醛修饰的透明质酸钠(AHA)、肼修饰的透明质酸钠(ADA)和醛修饰的纤维素纳米晶体(oxi-CNC)为基础，开发了一种透明质酸纳米复合水凝胶。

本文要点：

1）实验利用双管注射器和动态酰腙键以在原位构建了具有高强度和自愈合能力的水凝胶。此外，富血小板的血浆(PRP)可以通过PRP(如纤维蛋白原)上的氨基和AHA或者oxi-CNC上的醛基形成亚胺键以负载在透明质酸纳米复合水凝胶中(ADAC)中，进而协同促进皮肤伤口愈合。

2）研究发现，ADAC水凝胶对PRP具有保护和持续性的释放作用。动物实验表明，ADAC@PRP水凝胶能够增强肉芽组织的形成和胶原沉积以及促进再上皮化和新生血管形成，进而显著改善全层皮肤创面愈合。综上所述，该研究开发的负载PRP的可自愈合型纳米复合水凝胶是一种能够用于伤口治疗的新型候选材料。

Shangzhi Li. et al. Self-Healing Hyaluronic Acid Nanocomposite Hydrogels with Platelet-Rich Plasma Impregnated for Skin Regeneration. ACS Nano. 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c05069

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c05069