1. Nature Materials：通过增材制造合成超强钛合金
钛合金广泛的应用于航空航天、汽车、能源部门，通常钛合金的制备需要复杂的铸造、热机械加工过程才能得到能应用于高承重所需的强度。有鉴于此，上海理工大学王皞、莫纳什大学Aijun Huang、Yuman Zhu等报道增材制造方法中的热循环和快速固化方式得到了强度超高的热稳定钛合金，这种制备方法合成的钛合金可能直接进行使用。1）将市售钛合金通过简单的加热处理，实现了非常高的延展强度和拉伸强度（数值高达1600 MPa），这种优异的性能来自钛合金中产生致密的高稳定性内部孪晶纳米结构，这种现象在传统处理合成钛合金的过程中很少出现。2）产生这种纳米孪晶结构的原因是形成了具有明显螺旋特征的高密度畸变，这种纳米孪晶是在增材制造过程中产生的。这项工作为制备具有独特微结构、优异性能的结构材料提供帮助。Zhu, Y., Zhang, K., Meng, Z. et al. Ultrastrong nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing. Nat. Mater. (2022)DOI: 10.1038/s41563-022-01359-2https://www.nature.com/articles/s41563-022-01359-2
2. Nature Materials：极化光诱导原子层CrI3的磁性改变
控制材料的磁性能够低功耗高速磁性数据存储器件以及自旋量子学器件中产生广泛的应用前景，人们已经发现通过外加电场、静电掺杂（electrostatic doping）、应力（strain）等方法能够调控二维磁体材料的磁性。对于二维原子层厚度磁性材料，发展无需使用外磁场，完全通过光学调控非易失性磁性的控制方法具备突出的优势。有鉴于此，加州大学伯克利分校/香港大学张翔(Xiang Zhang)等报道通过对原子层厚度的铁磁半导体CrI3施加圆偏振脉冲光，实现了完全由光控制的CrI3磁性转变。1）这种完全由光调控磁性的过程与激子能量和极化光的方向有关，对应于在CrI3中产生不同的激子跃迁，说明激子跃迁过程与光激发载流子向局域自旋角动量的转移有关。这项研究工作更好的揭示了极性光子与磁性材料之间的相互作用，这种现象在其他磁性材料体系中无法实现。2）这种完全由光控制的磁性转变现象为探索新型磁-光相互作用提供帮助和机会，为发展高速低功耗自旋量子学器件提供可能，展示了层状vdW铁磁材料在研究新型光学-磁性关系的前景，可能用于磁-光存储器件、数据存储、处理器等场景。Zhang, P., Chung, TF., Li, Q. et al. All-optical switching of magnetization in atomically thin CrI3. Nat. Mater. (2022)DOI: 10.1038/s41563-022-01354-7https://www.nature.com/articles/s41563-022-01354-7
3. Nature Chemistry："可分离型"异相催化剂实现连续的大批量制备环状聚合物
环状聚合物是一种有趣的拓扑结构，被认为可能成为一种润滑材料，但是目前大规模合成纯环状聚合物仍非常困难。最直接的方法是将催化反应完成后的催化剂回收进行重复利用，但是由于催化剂不稳定的特点，而且难以从聚合物中分离，导致这种过程难以得到实际应用。有鉴于此，苏黎世联邦理工学院/首尔大学Tae-Lim Choi等报道发展了一种连续循环的催化合成过程，其中聚合反应、聚合物分离、催化剂回收都能够在反应过程中原位进行，将Ru催化剂担载于SiO2上作为一种异相催化剂，并且使用一种最新开发的自制玻璃反应器，通过环戊烯的扩环复分解反应生成纯净的环状聚合物，实现了连续大量合成聚合物。1）除了考察催化反应之外，还考察了环状聚合物与线性类似物的解聚合反应动力学区别。这种开发的反应过程能够尽量减少实验室人工成本，最大化的利用催化剂，而且能够保证生成纯的聚合物，实现了可以大规模生成环状聚合物的方法，贵金属催化剂的TON达到≥415000。2）通过发展异相催化剂与使用自制玻璃反应器实现了大规模化的环状聚合物合成，通过这个反应器，当聚合物的单体引入反应体系后，能够进行聚合反应、聚合物分离、催化剂回收。这种连续合成聚合物的反应过程不仅解决了均相催化反应种长期存在的产物纯化难题，而且展示了一种通过隔离异相催化剂的方式最大化的提高贵金属催化剂的TON，从而实现了大规模合成聚合物。Yoon, KY., Noh, J., Gan, Q. et al. Scalable and continuous access to pure cyclic polymers enabled by ‘quarantined’ heterogeneous catalysts. Nat. Chem. (2022)DOI: 10.1038/s41557-022-01034-8https://www.nature.com/articles/s41557-022-01034-8
4. Nature Chemistry：多金属氧酸盐POM合成含放射性元素复合物
由于放射性化合物具有较大的毒性、同位素稀缺、价格昂贵等特点，放射性化合物分子的合成和研究比较缺乏。传统的研究每次都需要毫克样品的小分子有机/无机化合物，对于一些同位素而言，这个量达到全球的年产量。有鉴于此，劳伦斯利弗莫尔国家实验室Gauthier J.-P. Deblonde等报道发现多金属氧酸盐POM（polyoxometalates）能够非常简单的与放射性元素形成、结晶为放射性金属的配位化合物。这种晶体具有非常高的分子量，并且溶解性可控，形成仅仅需要微克（μg）量级。1）通过1-10 μg非常罕见的248Cm3+合成了三种Cm-POM复合物分子，单晶X射线分析表征发现分子为八配位中心Cm3+。通过光谱、荧光、NMR、Raman表征分析多种f-区元素-POM复合物分子的性质（包括 243Am3+,248Cm3+），揭示了未曾发现的溶液相-固态性质区别，以及锕系元素与镧系元素之间的区别。2）这种POM与放射性金属构建复合物分子的方法时一种非常可靠的分离罕见元素的方法，特别是锕系以及锎后元素（transcalifornium element）。Colliard, I., Lee, J.R.I., Colla, C.A. et al. Polyoxometalates as ligands to synthesize, isolate and characterize compounds of rare isotopes on the microgram scale. Nat. Chem. (2022)DOI: 10.1038/s41557-022-01018-8https://www.nature.com/articles/s41557-022-01018-8
5. Nature Catalysis：设计AB位点共掺杂钙钛矿铁氧体高性能ORR电极
阻碍质子陶瓷燃料电池（PCFCs）商业化的最大困难与挑战是缺乏高性能和价格偏移的电极材料。目前Co基钙钛矿是最有前景的催化剂电极材料，但是其稳定性较差，而且热力学特点难以与PCFC的其他组分兼容。有鉴于此，香港科技大学Francesco Ciucci等报道通过从头算计算模拟，分子轨道研究，发现A-和B-位点共取代策略发展了不含Co的钙钛矿电极材料，展示了优异的电化学性能。1）研究发现，A-和B-位点取代的BaFeO3-δ能够促进形成氧空穴（VO··）和羟基自由基（OHO·），同时能够改善钙钛矿的整体结构稳定性。当组分为Ba0.875Fe0.875Zr0.125O3−δ具有最好的电催化性能，实现了优异的电化学ORR性能，500 ℃的峰值功率密度达到0.67 W cm-2。这种材料的理性设计策略对于发展可商用的PCFC器件而言是个巨大进步。2）由于催化剂在700 ℃时温度能够实现质子/氧双重离子导电，因此实现了高达2.04 W cm-2的峰值功率密度。在空气气氛中催化剂表现了优异的稳定性（230 h），在600 ℃时的高浓度蒸汽气氛的稳定时间达到200 h。电极的制备过程非常简单方便，无需使用渗透或者脉冲激光沉积等复杂的技术改善催化剂的性能。研究结果说明A-、B-位点共取代策略是一种改善催化剂性能非常有效的策略。本文催化剂能够通过简单的固相反应进行大批量合成，同时保持优异的催化活性。Wang, Z., Wang, Y., Wang, J. et al. Rational design of perovskite ferrites as high-performance proton-conducting fuel cell cathodes. Nat Catal (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00829-9https://www.nature.com/articles/s41929-022-00829-9
6. Angew：表面修饰马来酰亚胺的氟化共聚肽稳定微泡可作为稳定的超声造影剂
充气微气泡(MBs)可在临床上作为超声（US）造影剂以用于疾病的诊断和治疗。然而，如何提高成像的稳定性和增强对比度仍然是一个巨大的挑战。中科大刘世勇教授、沈爱宗教授、胡进明教授和Nianan He合成了含氟嵌段的两亲性共聚物多肽以稳定填充全氟碳(PFC)的MB，其能够在长期存储和US成像条件下表现出良好的稳定性。1）氟化内层能够降低MBs的内部拉普拉斯压力，大大提高MBs的稳定性。此外，含二丙炔的中间嵌段的交联也可进一步增强MBs的稳定性。2）为了克服被抑制的聚合物壳层非线性振荡，实验在MBs表面引入了马来酰亚胺基团，使其能够与血浆蛋白发生原位反应，增强二次谐波信号，而不影响MBs的稳定性，从而可以实现比SonoVueTM MBs更好的US成像性能。Jie Cen. et al. Fluorinated Copolypeptide-Stabilized Microbubbles with Maleimide-Decorated Surfaces as Long-Term Ultrasound Contrast Agents. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202209610https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209610
7. Angew：具有广谱抗肿瘤活性的水溶性富金属氧酸盐
福州大学郑寿添教授、李新雄研究员和徐芃教授报道了一种富锑（Sb）多金属氧酸盐(POM) {Sb21Tb7W56}，它是迄今为止含Sb原子数量最多的POM化合物。1）富Sb的POM具有许多有趣的结构特征、良好的水溶性和水稳定性。生物医学研究表明，富含Sb的POM可通过重新激活p53依赖的凋亡过程和破坏线粒体膜以对多种癌症细胞系表现出广谱的抗肿瘤活性。2）实验结果表明，这种富含Sb的POM能够在体内抑制乳腺癌的生长和转移，有望作为一类新型的抗癌药物。Hui-Ping Xiao. et al. A Water-Soluble Antimony-Rich Polyoxometalate with Broad-Spectrum Antitumor Activities. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202210019https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210019
8. Angew：Pt(II)-三苯胺复合物用于光激活cGAS-STING通路和细胞焦亡以用于免疫治疗
激活环GMP-AMP合酶-干扰素基因刺激因子(cGAS-STING)通路是一种有效的抗癌免疫治疗策略。与此同时，诱导机体焦亡也是一种刺激抗癌免疫反应的可行方法。有鉴于此，中山大学毛宗万教授和谭彩萍教授设计了两种Pt(II)复合物(Pt1和Pt2)以作为cGAS-STING通路的光激活剂。1）光照射下，Pt1和Pt2能够损伤线粒体/核DNA和核膜，激活cGAS-STING通路，并同时诱导癌细胞发生焦亡，进而在体内外诱发强烈的抗癌免疫反应。2）综上所述，该研究开发了首个cGAS-STING通路的光激活剂，能够为实现抗癌免疫治疗提供一种新的设计策略。Yu-Yi Ling. et al. Simultaneous Photoactivation of cGAS-STING Pathway and Pyroptosis by Pt(II)-Triphenylamine Complexes for Cancer Immunotherapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202210988https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210988
9. Adv. Mater：仿生调节剂能够打破致病菌生态位以调节肠道菌群失调
重编程肠道微生物群的治疗方法是缓解和治疗炎症性肠病(IBD)的重要策略之一。然而，大肠杆菌在炎症过程中往往会发生异常膨胀，进而促进致病菌占领生态位，并会对微生物组的重编程产生抗性。有鉴于此，郑州大学史进进教授、刘军杰教授和张振中教授开发了一种仿生调节剂(CaWO4@YCW)，其能够通过特异性抑制大肠杆菌在结肠炎期间的异常膨胀以促进益生菌的生长，从而高效、精确地调节肠道微生物群。1）受大肠杆菌菌株与甘露丝酵母细胞壁(YCW)结合的启发，实验选择YCW作为包裹CaWO4的仿生外壳。研究表明，YCW壳能够赋予了CaWO4对胃肠道恶劣环境的超强抵抗力，并在结肠炎中粘附于异常扩张的大肠杆菌。研究发现，结肠炎部位中高表达的钙网蛋白能够通过剥夺CaWO4中的钙触发钨离子的释放，从而通过取代钼蝶呤辅因子中的钼以抑制大肠杆菌的生长。2）此外，YCW也能够作为一种益生元以促进益生菌的生长。实验结果表明，CaWO4@YCW可以通过消除致病菌和提供益生元实现对肠道微生物组的有效、精确的重编程，从而对DSS诱导的结肠炎表现出显著的治疗效果。Jiali Yang. et al. Bionic Regulators Break the Ecological Niche of Pathogenic Bacteria for Modulating Dysregulated Microbiome in Colitis. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202204650https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204650
10. Adv. Sci.: 以碳纳米管为中心的纳米碳临床应用的未来展望
日本信州大学Naoto Saito等人综述了以碳纳米管为中心的纳米碳临床应用的未来展望。在过去的 15 年中，已经进行了大量关于将纳米碳作为生物材料用于药物输送系统、癌症治疗和再生医学等应用的研究。然而，纳米碳的临床应用仍然难以捉摸，主要是由于短期和长期的安全问题。每种治疗方式的生物安全性必须在合乎逻辑且进行良好的实验中得到证明。因此，评估纳米碳生物材料安全性的基本技术变得更加先进。优化控制正在建立，纳米碳分散技术正在改进，一系列生物动力学评估方法正在增加，并且在严格的条件下进行了致癌性检查。纳米碳作为一种生物材料的医学应用即将到来。该综述特别关注碳纳米管，旨在总结迄今为止在纳米碳应用和生物安全方面的贡献，介绍评估技术方面的最新成就，并通过实用而复杂的评估方法阐明碳纳米材料的未来前景和系统引入临床用途。Saito, N., Haniu, H., Aoki, K., Nishimura, N., Uemura, T., Future Prospects for Clinical Applications of Nanocarbons Focusing on Carbon Nanotubes. Adv. Sci. 2022, 2201214.https://doi.org/10.1002/advs.202201214
11. Nano Lett.：用于个人健康监测的超拉伸 Janus 电子纺织品
可拉伸电子产品已引起下一代智能可穿戴设备的极大关注，但在密封弹性基板上制造的传统柔性设备因其透湿性和透气性差，无法满足长时间佩戴的舒适性和信号稳定性。基于此，江南大学黄云鹏和刘天西等人开发了一种具有长持续发光能力的超拉伸吸汗电子纺织品，用于全面的个人健康监测和 HMI。1）通过静电纺丝辅助面对面组装具有不同直径和成分的全 SEBS 微纤维，在纺织品上构建了孔隙率和润湿性不对称性，赋予其抗重力水传输能力，以持续释放汗液。同时，均匀包裹在弹性纤维中的荧光粉颗粒使 Janus 纺织品在黑暗环境中的极端拉伸下具有稳定的发光能力。2）因此，所开发的 Janus 电子纺织品可以直接用作表皮生物电极，以监测人体的生物力学和生物电信号，还可以进一步用于操纵机械爪。这项工作为可视化可拉伸电子器件的开发提供了一种可行的解决方案，可以扩展到其他多功能传感设备。Jiancheng Dong, et al. Perspiration-Wicking and Luminescent On-Skin Electronics Based on Ultrastretchable Janus E-Textiles. Nano Lett. 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02647https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02647
