王训Nature Commun.,姜忠义JACS丨顶刊日报20231217
纳米人 纳米人 2023-12-19
1. Nature Commun.:高负电POM和荧光分子合成有机凝胶   

基于无机纳米线构筑有机凝胶的过程具有合成方法简单,容易回收,具有优异力学性能等优势,而且无机纳米线构筑有机凝胶的相关研究仍处于初始阶段。如何通过凝胶子结构设计从而实现纳米线有机凝胶进行固化和功能化修饰是个非常大的挑战。有鉴于此,清华大学王训、Zhong Li等通过具有大量负电荷的[Ca2P2W16O60]10−和[Ca2P2W15MO60]14−/13−构筑Ca2-P2W16和Ca2-P2W15M纳米线,并且将其用于制备有机凝胶。
          
本文要点:
1)制备得到的有机凝胶通过纳米线和锁定的有机分子能够表现更好的机械性能和稳定性,Ca2-P2W16纳米线构筑有机凝胶的压缩应力和拉伸应力分别达到34.5 kPa和29.0 kPa,Ca2-P2W16纳米线的临界凝胶浓度仅为0.28 %。

2)通过单分子力光谱表征说明通过调节簇与有机分子之间的连接,能够调节纳米线的柔性。此外,向有机凝胶内加入荧光分子在构筑的有机凝胶材料中产生荧光。这项工作说明无机凝胶子微环境和有机凝胶性能之间的关系,有助于发展高性能的功能性有机凝胶材料。    

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Fenghua Zhang, Zhong Li & Xun Wang, Mechanically tunable organogels from highly charged polyoxometalate clusters loaded with fluorescent dyes. Nat Commun 14, 8327 (2023)
DOI: 10.1038/s41467-023-43989-3
https://www.nature.com/articles/s41467-023-43989-3    
          

2. JACS:调控COF的阳离子官能团密度增强阴离子输送能力  

对于电化学应用而言,具有较高离子导电能力的阳离子交换膜非常重要。通过增加阳离子交换容量能够直接提高阳离子导电能力,但是增加阳离子交换容量的同时却面临着稳定性的局限。有鉴于此,天津大学姜忠义、吴洪等设计并制备具有季铵基团密度可调的阴离子作为阳离子导体构筑三种结构相同的COF。并且将阴离子官能团结合在柔性乙醚烷基侧链的方式组装到COF的骨架。
          
本文要点:
1)通过修饰季铵盐的功能结构,COF膜的规则孔具有均匀分布的丰富阳离子官能团。通过柔性有机分子侧链使得体积较大的阳离子产生静电排斥力和立体位阻,使得COF具有紧密的堆叠和多重相互作用。此外,系统研究离子官能团密度与COF通道的离子导电性之间的关系。通过实验和理论计算模拟,说明COF的离子官能团和侧链迁移能力共同决定了离子传输能力。

2)优化得到的COF膜实现了从未达到的离子导电能力(在80 ℃和100 % RH,氢氧阴离子的导电性达到300 mS cm-1)。这项研究有助于指导设计和制备高性能阳离子导电材料。    

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Yan Kong, et al, Manipulation of Cationic Group Density in Covalent Organic Framework Membranes for Efficient Anion Transport, J. Am. Chem. Soc. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c07958
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07958
          

3. JACS:控制嵌段聚合物结构精确合成二维六方纳米片  

在特定溶剂的晶化作用诱导嵌段共聚合自组装能够直接合成均一性的二维纳米片胶束,但是这种方法面临一些问题,包括繁琐、多步骤的缺点,而且组装材料的产量非常低。有鉴于此,浙江工业大学童再再报道一种能够大规模制备二维高对称性六方纳米片的简单方便方法,这种方法通过控制嵌段共聚物的晶体侧链,能够精确的控制晶体维度。
              
本文要点:
1)机理研究说明六方晶相纳米片是通过多级自组装实现的,其过程包括首先通过疏溶剂相互作用形成球状结构,随后球转变为二维结构,并且受到热力学作用嵌段聚合物结构重组和老化,该过程通过颗粒连续附着方式实现六方纳米片侧面生长。通过调节聚合物的浓度能够调节二维六方纳米片的尺寸,从而大规模制备固体浓度达到6 % w/w的二维六方纳米片。

2)这项工作实现了通过晶化-离子熔融方式合成均一二维核壳纳米材料的新型机理,为设计与合成精确结构的软材料提供方法,有助于纳米材料的大规模合成。

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Feiyang Teng, et al, Precise Control of Two-Dimensional Hexagonal Platelets via Scalable, One-Pot Assembly Pathways Using Block Copolymers with Crystalline Side Chains, J. Am. Chem. Soc. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c09370
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09370
              
4. Joule:天然矿物中高度稳定的热电性能
通过各种合成程序和优化策略可以获得优异的热电材料,精心设计的成分和微观结构有利于热电参数解耦。近日,北京航空航天大学Zhao Lidong南方科技大学He Jiaqing昆明理工大学Feng JingGe Zhenhua报道了天然矿物中高度稳定的热电性能。
 
本文要点:
1) 由辉铜矿、石英和铋矿组成的高性能混合天然矿物(CQB)能够实现直接的热电转换。石英层的网络嵌入基质中,并通过产生自然变阻器和分压电路来阻止铜离子的长程迁移。作者发现天然矿物的热电性能、机械强度和电稳定性高度优于人工合成的Cu2S材料。

2) 作者提出了一种在铜基超离子导体中阻断可移动Cu+离子的策略,并已经设计和制造了各种铜基超离子导体,这些导体与宏观绝缘玻璃片复合,在保持良好热电性能的同时,具有高度增强的电稳定性。    

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Zhen-Hua Ge, et al. Highly stabilized thermoelectric performance in natural minerals. Joule. 2023
DOI: 10.1016/j.joule.2023.11.013
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.11.013
          

5. Angew:电极中的过渡金属溶解现象  

Li离子电池在高电势进行循环工作的过程通常面临严重的容量损失问题。容量损失的一个主要原因是由于过渡金属物种从电极活性材料溶解,并且离子在电解液中发生迁移,以及固体电解质沉淀界面在阳极沉淀等问题导致。人们虽然对于阴极活性物种的过渡金属氧化态以及其在阳极沉淀的现象进行深入研究,但是但是对于过渡金属离子溶解于电解液的现象并未充分研究。有鉴于此,罗得岛大学Brett Lucht、Dugan Hayes等报道研究四种阴极活性物质在正常电压或者更高电压进行循环时,过渡金属物种的氧化态变化。    
          
本文要点:
1)通过XAS光谱表征方法研究LiMn2O4 (LMO)、LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)、x Li2MnO3*(1-x)LiNaaMnbCocO2 (LMRNMC, a+b+c=1)四种阴极活性物种在正常电压或者高电压过程的电池循环过程中的溶解,测试溶液中Mn和Ni的氧化态变化规律。

2)通过ICP-MS测试表征,说明阳极沉淀的过渡金属离子浓度。研究发现,过渡金属离子溶解到电解液中,但是Mn和Ni的氧化态与阴极材料有关,氧化态与电池循环的电极电势无关。

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Leah Rynearson, et al, Speciation of Transition Metal Dissolution in Electrolyte from Common Cathode Materials, Angew. Chem. Int. Ed. 2023
DOI: 10.1002/anie.202317109    
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202317109
          

6. AM:可注射的超分子水凝胶能够原位编程Car-T细胞以用于实体瘤免疫治疗  

嵌合抗原受体(CAR)-T细胞免疫疗法已被批准用于治疗血液系统恶性肿瘤。然而,由于CAR-T细胞在肿瘤内的浸润不足,其治疗实体肿瘤的效果仍不理想。厦门大学吴云龙教授、吴彩胜教授、陆军军医大学徐祥教授和浙江大学平渊教授基于与靶向T细胞的抗CD3e f(ab’)2片段偶联的阳离子聚合物mPEG-PCL-PEI(PPP)和α-环糊精(α-CD)之间的自组装,设计了一种可注射的超分子水凝胶系统,并将其用于负载带有T细胞特异性CD2启动子的质粒CAR(pCAR),使其能够在人源化小鼠模型中实现CAR-T细胞在肿瘤部位的原位制备和有效聚集。
 
本文要点:
1)实验结果表明,这种对肿瘤微环境进行重编程的策略能够显著增加细胞炎性细胞因子[白细胞介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和干扰素-γ(IFN-γ)]和肿瘤杀伤蛋白颗粒酶B的分泌,从而逆转免疫抑制微环境,显著增强肿瘤内CAR-T细胞和细胞毒性T细胞的浸润。

2)综上所述,该研究是首个使用可注射超分子水凝胶对CAR-T细胞进行原位重编程的工作,有望为增强对实体肿瘤的CAR-T免疫治疗提供新的借鉴和参考。    

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Chunyan Zhu. et al. Injectable Supramolecular Hydrogels for In Situ Programming of Car-T Cells toward Solid Tumor Immunotherapy. Advanced Materials. 2023
DOI: 10.1002/adma.202310078
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310078
          

7. AM:基于光热疗法的一站式集成纳米制剂用于促进深部感染愈合和抑制炎症  

细菌感染引起的慢性创面是医学领域面临的一大挑战。乏氧条件下的活性氧(ROS)产生和乏氧诱导因子(HIF)的表达上调均会增加促炎型M1型巨噬细胞的产生,并同时减少抗炎型M2型巨噬细胞的产生。此外,细菌形成的生物膜也会阻碍药物的穿透。受能够自动执行任务的天然马达的启发,南京师范大学周宁琳教授、南京医科大学Ming Zhang、吉林大学李媛媛教授和香港中文大学(深圳)唐本忠院士发现供应充足的氧气(O2)可以同时驱动治疗制剂的运动,并缓解乏氧微环境和破坏炎症的恶性循环。    
 
本文要点:
1)实验开发了具有高光热转换效率和酶(包括类超氧化物歧化酶、类过氧化氢酶和类谷胱甘肽过氧化物酶等)活性、基于有机小分子的纳米粒子(2TT-mC6B@Cu5.4O NPs)。2TT-mC6B@Cu5.4O NPs具有卓越的ROS清除和O2产生能力,可协同缓解炎症和乏氧环境,并增强其在慢性伤口组织中的深层渗透。

2)转录组分析结果进一步表明,2TT-mC6B@Cu5.4O NPs能够抑制细菌内部的生物活性。体内研究发现,基于2TT-mC6B@Cu5.4O NPs的热疗可以有效清除生物膜中的细菌,进而促进创面的愈合。

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Wentao Wang. et al. The One-Stop Integrated Nanoagent Based on Photothermal Therapy for Deep Infection Healing and Inflammation Inhibition. Advanced Materials. 2023
DOI: 10.1002/adma.202307785
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307785
              

8. Nano Letters:通过能量转移吸附在量子点上的有机染料分子的单光子发射  

单个发射器的单光子发射对于基础科学和量子信息技术至关重要。包含多种染料的多发色系统可以通过激发态之间的有效湮灭而表现出单光子发射;然而,在复杂系统中探索这种现象仍然是一个挑战。在这项研究中,关西学院大学Sadahiro Masuo研究了吸附在 CdSe/ZnS 量子点 (QD) 表面的多种苝双酰亚胺 (PBI) 染料发射的光子统计。
          
本文要点:
1)当多个 PBI 同时被直接激发和 QD 的能量转移激发时,可以观察到 PBI 的多光子发射。

2)相反,当 QD 被选择性激发时,发现多个 PBI 通过从 QD 到 PBI 的能量转移而表现出单光子发射。

这些结果凸显了多发色系统和量子点之间有趣的相互作用,为量子信息技术中高效单光子源的开发提供了宝贵的见解。
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Miyu Yoshioka, et al, Single-Photon Emission from Organic Dye Molecules Adsorbed on a Quantum Dot via Energy Transfer, Nano Lett., 2023
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03279
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03279
          

9. Nano Letters:低电阻率反铁磁体中涨落自旋霍尔效应的观察  

自旋霍尔效应(SHE)可以通过电流产生纯自旋电流,有望用于电控制磁化。为了降低这种控制的功耗,在实际应用的低电阻率系统中需要 SHE 中的巨大自旋霍尔角 (SHA)。在这里,中科院物理所Caihua Wan,Xiufeng Han,洛林大学Yuan Lu报道了铬 (Cr) 中反铁磁 (AFM) 相变附近的临界自旋涨落被证明是创建 SHE 附加部分(称为涨落自旋霍尔效应)的有效机制。
          
本文要点:
1)当温度接近Cr的尼尔温度(TN)时,SHA显着增强,并在TN附近具有-0.36的峰值。该值比室温值高 153%,并且在已知的自旋轨道扭矩材料中具有较低的归一化功耗。

这项研究证明了临界自旋涨落是增加 SHA 的一种有前景的方法,并丰富了自旋轨道电子器件的 AFM 候选材料。    

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Chi Fang, et al, Observation of the Fluctuation Spin Hall Effect in a Low-Resistivity Antiferromagnet, Nano Lett., 2023
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03085
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03085

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