复合纳米材料具有多种多样的医药应用，有鉴于此，佐治亚理工学院夏幼南教授对用于医药领域的复合纳米材料进行总结，包括设计和制备复合纳米材料的原理、技术、目前的相关进展。1）首先介绍材料复合的基本原理，随后讨论材料复合如何产生额外的功能，以及复合材料能够增强性能的作用。随后从复合材料的纳米结构、纳米复合物、MOF、生物复合材料的相关制备方法进行重点介绍。2）作者同样展示了复合纳米材料在先进医疗领域的发展进行总结，包括纳米医药、再生医学、诊断学、生物制造等。最后作者总结了纳米复合材料在医疗领域面临的挑战和发展机遇。Dong Zhang, Yidan Chen, Min Hao, Younan Xia, Putting Hybrid Nanomaterials to Work for Biomedical Applications, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202319567https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202319567将单原子催化剂构筑合适的电子结构和几何结构，从而能够得到能够在室温进行苯催化氧化反应的催化剂是令人向往的目标。但是如何实现这个目标仍具有非常大的挑战。有鉴于此，蔚山科学技术院Jong-Beom Baek、中国科学技术大学刘庆华、复旦大学李峰、大连理工大学刘伟等报道通过一种新型磷化物P3N5原位向Cu引入磷，构筑了含有磷的Cu单原子催化剂，将这个催化剂命名为Cu/NPC，通过与N和P配位，单原子Cu/NPC催化剂在苯的室温催化氧化反应中表现优异的性能和选择性。1）Cu/NPC催化剂的特点是在N-P-C基底上修饰几何结构呈现突出的Cu单原子。通过严格的分析，包括XAS和XPS，说明Cu与N和P配位化学键。通过第一性原理计算，说明结构畸变的Cu-N2-P2单原子位点能够进行苯的选择性氧化生成苯酚。2）Cu/NPC催化剂表现比Cu/NC单原子催化剂在C-H键活化反应的能量更加适合进行，因此在室温的苯催化氧化反应实现了50.3 %的转化率和99.3 %的苯酚选择性。此外，Cu/NPC催化剂的TOF达到263 h-1，质量活性达到35.2 mmol g-1 h-1，这个性能是目前苯氧化生成苯酚最好的结果。 Wei Che, Pai Li, Gao-Feng Han, Hyuk-Jun Noh, Jeong-Min Seo, Jong-Pil Jeon, Changqing Li, Wei Liu, Feng Li, Qinghua Liu, Jong-Beom Baek, Out-of-Plane Single-Copper-Site Catalysts for Room-Temperature Benzene Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202403017https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024030173.JACS：高密度催化活性位点并不代表更高反应速率通常人们认为更高密度的催化位点能够产生更高的催化反应速率。有鉴于此，华中科技大学翟天佑、赵英鹤等报道通过分子动力学模拟模拟电化学生成气体的过程，说明在生成气体的电催化反应中，高浓度催化活性位点并不对应于更高的反应速率。1）通过分子动力学模拟计算方法模拟电化学反应过程生成气体的过程，发现更高密度的催化活性位点可能导致反应速率降低。进一步分析结果说明气体产物分子聚集在催化活性位点附近导致这种不正常的现象。 2）这项工作是对传统认识的挑战，有助于开发性能更好的生成气体产物的电催化剂。Teng Liu, Yinghe Zhao*, and Tianyou Zhai*, Does a Higher Density of Active Sites Indicate a Higher Reaction Rate?, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c14625https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c146254.JACS：Ir单原子促进−上金属氧的共价性直接分子内氧偶联析氧反应 (OER) 是各种电化学能量转换系统的基石过程，对于全球追求碳中和至关重要。然而，其多步质子-电子转移过程的缓慢动力学需要高超电势，导致相当大的能量效率低下。近日，山东大学Kepeng Song，Jian-Jun Wang 探讨了在析氧反应(OER)过程中催化剂动力学和反应途径之间错综复杂的相互作用，强调了原子水平和局部配体结构洞察在制备高活性电催化剂中的重要性。1）研究人员利用定制的离子交换反应和电化学动态重构，设计了一种新的催化结构，其特征是单个Ir原子锚定在NiOOH上(Ir1@NiOOH)。这一新的方法包括用Ir战略性地取代Fe，促进硒预催化剂向活性(氧)氢氧化物的转变。2）这种元素取代促进了O2p带的上移，并增强了金属−的氧共价性，从而改变了OER机制，使活性增强。原位差示电化学质谱(DEM)证实了NiOOH由单金属位机制(SMSM)向双金属位机制(DMSM)的转变，并得到了理论上的支持。3）值得注意的是，Ir1@NiOOH电极表现出了优异的电催化性能，在10和1000 mA cm−2电流密度下，分别达到了142mV和308 mV的过电位，为OER的电催化树立了新的基准。Zhao-Hua Yin, et al, Ir Single Atoms Boost Metal−Oxygen Covalency on SelenideDerived NiOOH for Direct Intramolecular Oxygen Coupling, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c137465.Nature Commun：Ag催化氧-碳置换反应合成环丙烷环氧化合物(Epoxides)是非常重要的氧杂环化合物，环氧化物是医药化学的药效基团。近期人们发现环氧化物是单原子置换反应的理想反应物。以往报道的环氧化合物的氧-碳置换反应通常需要高温反应，并且产率较低，而且这种方法的底物种类非常少，而且官能团容忍性较差。因此目前氧-碳原子置换反应仍是个非常大的挑战。 有鉴于此，东北师范大学毕锡和等报道Ag催化反应进行环氧化物的氧-碳置换反应，这种反应能够一步发生，通过使用三氟甲基N-三甲苯磺酰腙提供碳原子，通过脱氧/[2+1]环加成的串联反应将环氧化物转化为环丙烷结构。1）该反应方法表现优异的官能团容忍性，将烯烃合成过程结合得到整体氧-碳置换反应。该反应能够对含环氧化物的生物活性天然产物和药物进行后期衍生化。2）通过反应机理实验和DFT理论计算结果给出反应机理，以及反应具有化学选择性和立体选择性的原因。 Li, L., Sivaguru, P., Wei, D. et al. Silver-catalyzed direct conversion of epoxides into cyclopropanes using N-triftosylhydrazones. Nat Commun 15, 1951 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-46188-w https://www.nature.com/articles/s41467-024-46188-w6.Nature Communications：基于四面体纳米结构的NgAgo可穿戴微针对超痕量核酸的长期监测利用可穿戴设备对核酸生物标志物进行实时和连续监测，在个人健康管理方面具有潜力，特别是在大流行监测或重症监护病房疾病的背景下。然而，实现高灵敏度和长期稳定性仍然具有挑战性。鉴于此，来自复旦大学方雪恩研究出一种基于四面体纳米结构的gregoryi Argonaute自然杆菌（NgAgo），用于在可穿戴设备上长期稳定监测体内超痕量未扩增核酸（无细胞DNA和RNA）的败血症。1) 该研究表明，这种集成无线可穿戴设备由柔性电路板、微针生物传感器和具有富集能力的可拉伸表皮贴片组成；2) 此外，该研究通过NgAgo/guide DNA对核酸的识别机制和Debye距离内的信号转换，证实了实时监测无细胞DNA和RNA的适用性，其灵敏度为0.3fM，最长可达14天，并且，该研究结果为体内高灵敏度分子识别和核酸的体内检测提供了依据。 Yang, B., Wang, H., Kong, J. et al. Long-term monitoring of ultratrace nucleic acids using tetrahedral nanostructure-based NgAgo on wearable microneedles. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-46215-whttps://doi.org/10.1038/s41467-024-46215-w7.Chem. Rev.：废锂离子电池直接再生中的回收方法便携式电子设备和电动汽车的普及导致锂离子电池的消耗量急剧增加，引发了人们对废旧锂离子电池处理和回收的担忧。然而，目前全球锂离子电池的回收率极低。近日，中国科学院Cheng Huiming、清华大学Zhou Guangmin、上海交通大学Liang Zheng综述研究了废锂离子电池直接再生中的回收方法。 1) 基于冶金的回收方法依赖于具有高温焙烧/酸浸工艺和许多化学试剂的连续分解和提取步骤。这些方法繁琐，经济可行性较差，回收产品大多是合金或盐。为了简化工艺并提高经济效益，迫切需要新的回收方法，因此人们提出了直接回收/再生作为下一代方法。2) 作者对直接回收方法的起源、现状和前景进行了全面综述，并系统分析了目前的回收方法，总结了它们的局限性，指出了发展直接回收方法的必要性。此外，该综述还为未来大规模工业化的直接回收方法以及绿色高效的回收系统提供了指导。Junxiong Wang et.al Toward Direct Regeneration of Spent Lithium-Ion Batteries: A Next-Generation Recycling Method Chem. Rev. 2024DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00884https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c008848.ACS Nano：基于逻辑“AND门电路”、表达Gasdermin蛋白的纳米平台可诱导特异性细胞焦亡以增强免疫治疗gasdermin蛋白介导的细胞焦亡在肿瘤免疫治疗领域中具有巨大的应用潜力。然而，gasdermin蛋白低表达以及由非特异性细胞焦亡导致的全身毒性等问题仍会严重限制该策略的临床应用。有鉴于此，郑州大学陈真真教授和王永超研究员设计了一种合成生物学策略，将焦亡诱导质粒(pPHS)负载到锰(Mn)掺杂的碳酸钙纳米颗粒上，并包裹肿瘤源性细胞膜，构建了一种能够诱导肿瘤特异性焦亡的纳米平台M-CNP/Mn@pPHS。1）M-CNP/Mn@pPHS具有良好的肿瘤靶向性。被肿瘤细胞内化后，MCNP/Mn@pPHS会在酸性内体环境中降解，使得质粒pPHS能够有效地逃逸内体。研究发现，以Hif-1α和Sox4为两个输入信号、以gasdermin D诱导的细胞焦亡为输出信号、根据“AND门电路”逻辑策略设计的pPHS能够触发肿瘤特异性细胞焦亡。只有在同时高表达Hif-1α和Sox4的细胞中，输出信号gasdermin D才会被表达。2）由于Hif-1α和Sox4均在肿瘤细胞中特异性表达，因此M-CNP/Mn@pPHS能够实现具有肿瘤特异性的gasdermin D表达，从而可引起细胞焦亡，触发有效的免疫反应，并且不会产生显著的全身毒性。实验结果表明，该纳米平台释放的Mn2+可通过刺激cGAS-STING通路进一步增强抗肿瘤免疫反应。因此，M-CNP/Mn@pPHS能够有效地抑制肿瘤生长，实现体内肿瘤消退（79.8%）。综上所述，该研究构建的基于逻辑“AND门电路”的gasdermin纳米平台能够诱导肿瘤特异性细胞焦亡，并且具有极低的全身毒性。Xiaoxi Wang. et al. Logic “AND Gate Circuit”-Based Gasdermin Protein Expressing Nanoplatform Induces Tumor-Specific Pyroptosis to Enhance Cancer Immunotherapy. ACS Nano. 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c09405https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c09405
