1. Science：利用C-H氫鍵超分子籠捕獲氯離子
緊密結(jié)合和高選擇性是生物分子識別的標(biāo)志。通過合成受體實(shí)現(xiàn)這些行為通常是與O-H鍵和N-H鍵有關(guān)的。與這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，美國印第安納大學(xué)的A. H. Flood、Yun Liu等人設(shè)計(jì)了一種氯離子選擇性受體，利用C-H鍵設(shè)計(jì)一個(gè)超分子籠。晶體學(xué)研究顯示氯離子被籠中1,2,3-三唑形成的氫鍵所穩(wěn)定。采用液-液萃取法，將氯離子從水中萃取到非極性二氯甲烷溶劑中，其親和能力達(dá)到了1017 M-1。對照實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了三唑在固定三維結(jié)構(gòu)，以及影響識別親和力和選擇性方面的作用，對不同陰離子的選擇順序是：Cl - > Br - > NO3 - >I -。
Yun Liu*, Wei Zhao, Chun-Hsing Chen, Amar H.Flood. Chloride capture using a C–H hydrogen-bonding cage.Science. 2019
DOI：10.1126/science.aaw5145
https://science.sciencemag.org/content/365/6449/159
2. Nature Mater.：電子束光譜技術(shù)用于納米光子學(xué)
近年來，電子束光譜技術(shù)的發(fā)展使得研究結(jié)合空間、能量和時(shí)間分辨率在納米、毫伏和飛秒范圍內(nèi)的光激發(fā)成為可能，從而為研究納米光子結(jié)構(gòu)及其詳細(xì)的光學(xué)響應(yīng)提供了獨(dú)特的途徑。這些技術(shù)采用~ 1-300 keV電子束聚焦于亞納米大小的樣品，在幾飛秒長的波包中暫時(shí)壓縮，在某些情況下由超快光脈沖控制。電子會經(jīng)歷能量損失和增益(也會產(chǎn)生陰極發(fā)光)并被記錄下來揭示光束路徑上的光學(xué)行為。近日，阿姆斯特丹納米光子學(xué)中心Albert Polman團(tuán)隊(duì)綜述了上述研究的進(jìn)展，著重于相干激發(fā)，強(qiáng)調(diào)了對電子波函數(shù)控制水平的提高及其在研究中的應(yīng)用，以及光學(xué)共振模型和極化子在納米粒子、二維材料和工程納米結(jié)構(gòu)中的技術(shù)應(yīng)用。
Albert Polman*, et al. Electron-beamspectroscopy for nanophotonics. Nat. Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0409-1
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0409-1
3. Nature Electron.綜述：用于低功耗電子器件的二維自旋電子學(xué)
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的擴(kuò)展越來越具有挑戰(zhàn)性，但對低功耗數(shù)據(jù)存儲和處理的需求持續(xù)增長。在二維（2D）材料中生成，傳輸和操縱自旋信號的能力表明CMOS可以提供合適的平臺來構(gòu)建超CMOS自旋電子器件。北京航空航天大學(xué)Weisheng Zhao團(tuán)隊(duì)回顧了2D自旋電子學(xué)的發(fā)展，并探討了為低功耗電子應(yīng)用提供器件和電路的潛力。研究了基本的自旋電子能函數(shù)以及其如何用于構(gòu)建電子器件和電路。最后，還考慮了提供實(shí)用存儲器和邏輯器件必須解決的挑戰(zhàn)。
Lin, X., Yang, W., Wang, K. L. & Zhao, W.Two-dimensional spintronics for low-power electronics. Nature Electronics, 2019
Doi:10.1038/s41928-019-0273-7.
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0273-7
4. Nature Methods：機(jī)器學(xué)習(xí)引導(dǎo)蛋白質(zhì)工程的定向進(jìn)化
蛋白質(zhì)工程在機(jī)器學(xué)習(xí)的引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)定向進(jìn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)功能的優(yōu)化。利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來預(yù)測序列如何以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式映射到功能，而不需要物理或生物路徑的詳細(xì)模型。這種方法通過學(xué)習(xí)特征變量的特性，并利用這些信息來選擇表現(xiàn)出改進(jìn)特性的序列，從而加速定向進(jìn)化。本文中，美國加州理工學(xué)院Frances H. Arnold(2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主)等人介紹了構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)序列函數(shù)模型并使用這些模型指導(dǎo)工程所需的步驟，并在每個(gè)階段提出建議。本文綜述了與蛋白質(zhì)工程中機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用相關(guān)的基本概念，以及該工程模型的當(dāng)前文獻(xiàn)和應(yīng)用。作者用兩個(gè)案例研究來說明這個(gè)過程。最后，作者展望在未來利用機(jī)器學(xué)習(xí)使發(fā)現(xiàn)未知的蛋白質(zhì)功能成為可能，并揭示蛋白質(zhì)序列和功能之間的關(guān)系。
Kevin K. Yang, Zachary Wu & Frances H.Arnold. Machine-learning-guided directed evolution for protein engineering.Nature Methods. 2019
DOI: 10.1038/s41592-019-0496-6
https://www.nature.com/articles/s41592-019-0496-6
5. Chem. Soc. Rev.：抗體-藥物偶聯(lián)物中的可裂解連接物
抗體-藥物偶聯(lián)物(ADCs)是目前公認(rèn)的一類重要的癌癥臨床治療藥物。而抗體和藥物之間的連接物的性質(zhì)也被證明是成功構(gòu)建ADCs的關(guān)鍵。盡管ADCs之間的連接物在正常狀況下往往是不可裂解的，但臨床開發(fā)中的絕大多數(shù)ADCs也都有著特定的釋放機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)連接物在靶點(diǎn)部位發(fā)生裂解。近年來，大量研究致力于開發(fā)從ADCs中釋放藥物的新方法，有鑒于此，劍橋大學(xué)David R. Spring團(tuán)隊(duì)綜述了近年來對ADCs之間可裂解連接物和連接技術(shù)的研究進(jìn)展，并對這一領(lǐng)域的未來進(jìn)行了展望。
Jonathan D. Bargh, David R. Spring. et al.Cleavable linkers in antibody–drug conjugates. Chemical SocietyReviews. 2019
DOI:10.1039/C8CS00676H
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00676h#!divAbstract
6. Science Adv.：鹵化鉛鈣鈦礦中的大的負(fù)熱光系數(shù)
鹵化鉛鈣鈦礦是有前途的高性能光子器件半導(dǎo)體。由于折射率決定了半導(dǎo)體器件的最佳設(shè)計(jì)和性能極限，所以折射率及其在外部調(diào)制時(shí)的變化是高級光子應(yīng)用的最關(guān)鍵特性。京都大學(xué)Yoshihiko Kanemitsu團(tuán)隊(duì)報(bào)道了鹵化鈣鈦礦CH3NH3PbCl3的折射率隨著溫度的升高而顯示出明顯的降低，即大的負(fù)熱光系數(shù)，這與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體相反。通過使用該負(fù)系數(shù)，證明了傳統(tǒng)半導(dǎo)體中發(fā)生的熱致光學(xué)相移的補(bǔ)償。此外，研究觀察到，在光照射下CH3NH3PbCl3的大且緩慢的折射率變化，并且證實(shí)了其起源是理論分析支持的非常低的熱導(dǎo)率。CH3NH3PbCl3的巨大熱光響應(yīng)促進(jìn)了可見光的有效相位調(diào)制。
Large negative thermo-optic coefficients of alead halide perovskite,
Science Advances, 2019
DOI: 10.1126/sciadv.aax0786.
https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaax0786
7. Acc. Chem. Res.：富勒烯衍生物的異構(gòu)體對有機(jī)光伏和鈣鈦礦太陽能電池影響
富勒烯衍生物已被用作OPV和PSC中的電子受體和電子傳輸材料。然而，如果是多加合物或甚至由具有低對稱性的富勒烯產(chǎn)生的單加合物，則需要注意它們的異構(gòu)體。其不均勻結(jié)構(gòu)和電子特性可能對光伏特性產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，OPV和PSC領(lǐng)域的大多數(shù)研究人員都沒有意識到異構(gòu)現(xiàn)象的重要性。甚至最普遍的高性能富勒烯受體PC71BM也已用作異構(gòu)體混合物。
京都大學(xué)Tomokazu Umeyama和Hiroshi Imahori總結(jié)了最近關(guān)于富勒烯衍生物的異構(gòu)體分離對OPV和PSC的器件性能的影響的研究。很大程度上，含有各種異構(gòu)體的富勒烯衍生物分為[60]富勒烯雙加合物，[70]富勒烯雙加合物和[70]富勒烯單加合物。在所有情況下，發(fā)現(xiàn)異構(gòu)現(xiàn)象的差異對PCE有很大影響。與聚合物供體的混溶性和富勒烯衍生物的成膜性質(zhì)受到異構(gòu)體分離的影響，其對器件性能產(chǎn)生最有效的影響。雖然異構(gòu)體中能級的紊亂并未明確影響異構(gòu)體混合物的光伏特性，但富勒烯衍生物的分子堆積結(jié)構(gòu)對其光伏特性產(chǎn)生顯著影響。值得注意的是，異構(gòu)純的富勒烯衍生物通常表現(xiàn)出比異構(gòu)體混合物更高的PCE。尋找富勒烯衍生物的最佳異構(gòu)體及其最佳組成比，這在很大程度上取決于它們的作用和組合材料，將是實(shí)現(xiàn)OPV和PSC始終如一的更高器件性能不可或缺的一步。
Umeyama, T. & Imahori, H. Isomer Effectsof Fullerene Derivatives on Organic Photovoltaics and Perovskite Solar Cells.Acc. Chem. Res., 2019
Doi:10.1021/acs.accounts.9b00159 (2019).
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.9b00159
8. Angew：石墨化氮化碳限域的低配位氧化銥助力高效氧析出反應(yīng)
發(fā)展具有高活性和高穩(wěn)定性的氧析出電催化劑對于實(shí)現(xiàn)高效水分解至關(guān)重要。在本文中，澳大利亞伍倫貢大學(xué)的Xusheng Zheng 與中科大的Wenping Sun 等通過將低配位的IrO2納米顆粒限域在酸性壞境下OER活性高的超親水高穩(wěn)定石墨化氮化碳(GCN)納米片中合成了一種IrO2/GCN異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
多功能GCN納米片不僅能夠確保IrO2納米粒子的均勻分布，同時(shí)還能夠賦予整個(gè)異質(zhì)催化體系以超親水界面，從而有助于活性位點(diǎn)的最大化暴露和快速傳質(zhì)。由于IrO2與GCN納米片間存在強(qiáng)烈的相互作用，因此Ir原子的配位數(shù)被顯著降低。這就導(dǎo)致Ir原子周圍晶格應(yīng)力和電子密度均實(shí)現(xiàn)了增長，對于修飾催化劑-反應(yīng)中間體界面十分有利。這種優(yōu)化的IrO2/GCN異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了到目前為止最高的質(zhì)量活性而且具有十分高的穩(wěn)定性。
Jiayi Chen, Xusheng Zheng, Wenping Sun et al,Low‐Coordinated Iridium Oxide Confined on GraphiticCarbon Nitride for Highly Efficient Oxygen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed.,2019
DOI: 10.1002/ange.201907017
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201907017?af=R
9. EES：具有Grotthuss鋰離子傳導(dǎo)機(jī)理的多功能單離子電解質(zhì)助力無枝晶鋰金屬電池
使用鋰金屬負(fù)極的電池具有高能量密度的理想特性。然而，眾所周知，金屬鋰的枝晶形成嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在本文中，復(fù)旦大學(xué)的Yonggang Wang 與美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的Donald G. Truhlar等提出了一種多用途的單離子電解質(zhì)，它通過在金屬有機(jī)骨架的開放金屬位點(diǎn)上配位電解質(zhì)中陰離子的策略來實(shí)現(xiàn)的。研究人員對活化能和理論量子力學(xué)計(jì)算的進(jìn)一步研究表明，Cu-MOF-74孔內(nèi)的Li離子傳輸是通過類Grotthuss的機(jī)理進(jìn)行的，即通過高氯酸鹽基團(tuán)之間的Li離子的配位跳躍來傳輸電荷。
這種單離子電解質(zhì)的用途十分廣泛。當(dāng)單離子電解質(zhì)用于Li/Li對稱電池和Li /LiFePO4全電池時(shí)，Li枝晶的形成能夠被抑制，從而賦予這兩種電池超長的使用壽命。此外，當(dāng)單離子電解質(zhì)組裝到Li/LiMn2O4電池中時(shí)，即使在高溫下也能抑制Mn2+在電解質(zhì)中的溶解，從而提高了Li/LiMn2O4電池的容量保持率，延長了電池的使用壽命。
Shouyi Yuan, Yonggang Wang, Donald G. Truhlaret al, Versatile Single-Ion Electrolyte with Grotthuss-like Li ConductionMechanism for Dendrite-Free Li Metal Batteries, Energy Environ. Sci, 2019
Doi: 10.1039/C9EE01473J
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE01473J#!divAbstract
10. AFM：激活氧-氧化還原助力層狀P2型鈉基化合物
韓國世宗大學(xué)Jongsoon Kim和Seung-Taek Myung團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在層狀鈉基化合物中由鈷輔助的高速氧氧化還原，詳細(xì)介紹了由快速氧氧化還原激活的P2型Na0.6[Mg0.2Mn0.8-xCox]O2（x = 0-0.2）的結(jié)構(gòu)和機(jī)制。X射線吸收光譜分析表明氧-氧化還原物質(zhì)（O2- /1-）在循環(huán)期間是活躍的。第一性原理計(jì)算表明，Co的加入將帶隙能量從≈2.65降低到≈0.61eV，Co 3d和O 2p軌道的重疊促進(jìn)了電子的簡單轉(zhuǎn)移，即使在高倍率下也能實(shí)現(xiàn)氧化還原的長期可逆性。
合理設(shè)計(jì)的Na0.6[Mg0.2Mn0.6Co0.2]O2具有出色的電極性能，放電容量為214 mAh g-1（26 mA g-1），100次循環(huán)后容量保持率為87％。在7C（1.82 A g-1）下也實(shí)現(xiàn)了高倍率性能107 mAh g-1。且Na0.6[Mg0.2Mn0.6Co0.2]O2化合物能夠在5C（1.3 A g-1）下1000個(gè)循環(huán)后容量保持率為72％。
Hee Jae Kim, Aishuak Konarov, Jae Hyeon Jo, JiUng Choi, Kyuwook Ihm, Han‐Koo Lee, Jongsoon Kim, Seung‐Taek Myung, Controlled Oxygen Redox for Excellent Power Capabilityin Layered Sodium‐Based Compounds, Advanced FunctionalMaterials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201901181
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201901181
11. AFM：操作壽命47h! 調(diào)控電荷注入平衡提高鈣鈦礦LED的穩(wěn)定性
鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）的外部量子效率（EQE）超過21％。然而，他們的EQE隨著電流密度（J）的增加而下降，并且它們的壽命仍然僅限于幾個(gè)小時(shí)。導(dǎo)致EQE滾降和器件不穩(wěn)定的機(jī)制需要研究清楚。
近日，魯汶大學(xué)Azhar Fakharuddin、PaulHeremans 通過調(diào)整電子/空穴傳輸?shù)交旌系?D / 3D鈣鈦礦發(fā)光層的平衡來減弱了EQE滾降并改善了PeLED的壽命。混合的2D / 3D鈣鈦礦層誘導(dǎo)激子約束并有利地影響了鈣鈦礦層內(nèi)的電子/空穴分布。通過調(diào)整電子注入來匹配這種有源層中的空穴注入，當(dāng)J = 0.1-200mA cm-2時(shí)，EQE沒有滾降，直到J= 250 mA cm-2，EQE開始滾降，并且半衰期 在J = 10 mA cm-2時(shí)達(dá)到約47小時(shí)。研究人員還提出了一種模型來解釋這些改進(jìn)，這些改進(jìn)解釋了空間電子/空穴分布。
Fakharuddin, A. Heremans, P. etal. Reduced Efficiency Roll-Off and Improved Stability of Mixed 2D/3DPerovskite Light Emitting Diodes by Balancing Charge Injection. AFM 2019.
DOI:10.1002/adfm.201904101
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201904101
12. AFM：14％效率的有機(jī)太陽能電池
非富勒烯受體（NFA）的分子取向和π-π堆積決定了其與聚合物供體的本體異質(zhì)結(jié)共混物中的域尺寸和純度。南京大學(xué)Weihua Tang和阿卜杜拉國王科技大學(xué)Derya Baran團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了兩種新型NFA，并分別表示為m-INPOIC或p-INPOIC。通過與帶有對烷基苯基側(cè)鏈的對應(yīng)物（INPIC-4F）的比較研究，揭示了烷氧基定位對NFA的分子取向和光伏性能的影響。隨著向共軛骨架的向內(nèi)收縮，m-INPOIC呈現(xiàn)出主要的正面取向以促進(jìn)電荷傳輸。
通過將m-INPOIC和PBDB-T混合作為活性層的有機(jī)太陽能電池（OSC）表現(xiàn)出12.1％的效率。通過引入PC71BM作為固體加工助劑，三元OSC進(jìn)一步優(yōu)化，以提供14.0％效率，這是迄今為止文獻(xiàn)中報(bào)道的單結(jié)OSC中最高的效率。PBDB-T：m-INPOIC：基于PC71BM的OSC表現(xiàn)出超過11％效率，即使有效層厚度超過300 nm。
Molecular Orientation Unified NonfullereneAcceptor Enabling 14% Efficiency As‐Cast Organic Solar Cells.Adv. Funct. Mater. 2019, 1903269. https://doi.org/10.1002/adfm.201903269
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903269
13. AFM：共摻雜氮和鑭系元素的碳量子點(diǎn)與用于多模態(tài)成像
納米粒子由于其具有很好的成像性能，正日益成為生物成像領(lǐng)域中常用造影劑的替代品。西班牙奧維爾多大學(xué)Jose ManuelCosta-Fernandez教授和Juan Carlos Mayo博士合作采用一鍋微波輔助水熱法合成了共摻雜氮和鑭系元素（Gd和Yb）的碳量子點(diǎn)，并將其一種多模態(tài)成像造影劑。這種摻雜后的CQDs具有強(qiáng)烈的熒光發(fā)射量子產(chǎn)量(66 7%)以及很好的磁共振(MR)和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)成像性能，并且具有很好的生物安全性。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步將這些共摻雜的CQDs應(yīng)用于體外熒光、MR和CT細(xì)胞成像，并通過尾靜脈注射入小鼠體內(nèi)后發(fā)現(xiàn)可以在膀胱和腎臟中觀察到顯著的MR和CT對比增強(qiáng)，表明這一材料確是一種很好的體內(nèi)外多模態(tài)成像造影劑。
Diego Bouzas-Ramos, Juan Carlos Mayo, JoseManuel Costa-Fernandez. et al. Carbon Quantum Dots Codoped with Nitrogen andLanthanides for Multimodal Imaging. Advanced Functional Materials. 2019
DOI: 10.1002/adfm.201903884
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903884
14. Nano Lett.：對pH與熱敏感的納米顆粒介導(dǎo)進(jìn)行免疫-微波熱協(xié)同抗腫瘤治療
陽離子抗癌多肽可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫原性死亡來進(jìn)一步提高腫瘤特異性免疫反應(yīng)，它也為緩解腫瘤免疫抑制微環(huán)境提供了一種很好的解決方案。然而，肽類藥物往往容易降解，缺乏靶向性，導(dǎo)致其應(yīng)用受到很大的限制。
浙江大學(xué)游劍教授、杜永忠教授和紀(jì)建松教授合作報(bào)道了一種對pH值和熱敏感的，負(fù)載牛乳鐵蛋白肽的納米粒子，它可以實(shí)現(xiàn)抗腫瘤和活化免疫細(xì)胞的作用，因此可以用于免疫-微波熱聯(lián)合腫瘤治療。牛乳鐵蛋白肽可以通過納米載體被遞送到腫瘤部位，在溶酶體的酸性環(huán)境和微波熱條件下從納米顆粒中迅速地被釋放出來，進(jìn)而通過釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在靜脈注射該材料后通過進(jìn)一步結(jié)合微波熱治療不僅可以顯著地抑制腫瘤生長，也會產(chǎn)生很強(qiáng)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。
Jing Qi, Jian You, Jiansong Ji, Yongzhong Du.et al. pH and Thermal Dual-Sensitive Nanoparticle-Mediated Synergistic Antitumor Effect of Immunotherapy and Microwave Thermotherapy. Nano Letters.2019
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01061
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01061
