1. Nature：菌群參與調控恐懼記憶消除
多細胞生物與病毒、細菌、真菌和寄生蟲的復雜組合共同進化，統稱為微生物群。在哺乳動物中，微生物群組成的變化可以影響許多生理過程（包括發育、代謝和免疫細胞功能），并與多種疾病的易感性有關。微生物群的改變也可以調節宿主行為，如與各種神經精神障礙有關的社會活動、應激和焦慮相關反應。然而，微生物群影響神經元活動和宿主行為的機制仍不清楚。
來自美國康奈爾大學的ConorListon團隊和DavidArtis 團隊合作研究表明，發現小鼠恐懼記憶消除需要菌群的參與。作者發現，與正常小鼠相比，ABX小鼠恐懼條件發射反應正常，但是恐懼消除反應異常。為了進一步確定這一結論，作者用同種方式檢測無菌小鼠（GF），發現，與ABX小鼠類似，GF小鼠的恐懼消除也發生異常。這些結果都說明，菌群是恐懼記憶消除的決定因素之一。接下來，作者探究這一過程的在分子上，細胞上和組織學層面的神經學基礎。作者提取正常小鼠和ABX小鼠的mPFC細胞并做RNA測序，發現二者轉錄組區別很大。通過STRING，KEGG和GO等數據庫分析差異基因，發現這些基因集中在神經細胞活化，突觸功能，中樞神經系統成熟和突觸可塑性等方面。在細胞上，作者通過單細胞核測序技術（snRNA-seq），比較分析正常小鼠和ABX小鼠mPFC樣品的細胞差異。結果顯示，活化性神經元比抑制性神經元變化劇烈。星形膠質細胞，髓鞘少突膠質細胞和小膠質細胞這三類輔助性細胞變化最為明顯。總之，這些數據表明，恐懼消退學習需要在出生后早期神經發育和成年小鼠體內的微生物源信號，這對我們理解飲食、感染和生活方式如何影響大腦健康和隨后對神經精神疾病的易感性有啟示。
Coco Chu1, Mitchell H. Murdock, Deqiang Jing,et al. The microbiota regulate neuronal function and fear extinction learning.Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1644-y
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1644-y
2. Nat. Rev. Mater.綜述：用于體內傳遞基因組編輯機器的工程材料
CRISPR–Cas9等基因組編輯技術有望用于治療無法治愈的遺傳性疾病。離體基因組編輯已取得重大進展。然而，有效、安全和可靶向的體內遞送系統的開發遇到了瓶頸，這些體內遞送系統是許多疾病的治療所需要的。為了在治療和體內基因組編輯中實現高效和安全，在體內的基因編輯過程必須在空間和時間上得以控制，這就需要新穎的材料、傳遞策略和控制機制。
因此，目前，生物材料研究界正有巨大的機會來開發體內遞送系統以克服了編輯效率低、脫靶效應、安全性以及細胞和組織特異性等問題。萊斯大學包剛教授對目前各種基因組編輯機器的體內遞送方法進行綜述，并對目前該領域面臨的挑戰和解決方案提出了展望，旨在刺激用于體內遞送基因組編輯機器的工程材料能夠進一步發展。
Tong,S.; Moyo, B.; Lee, C. M.; Leong, K.; Bao, G., Engineered materials for in vivodelivery of genome-editing machinery. Nature Reviews Materials 2019.
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0145-9
3. Nat. Mater.：納米尺度的結晶動力學途徑
在從原子到微米尺度系統中的成核和生長至關重要，因為它們決定了晶體的結構和功能屬性。然而，在納米尺度上，由于液體介質中單個結構單元的運動非常復雜，探索其結晶的途徑具有挑戰。近日，伊利諾伊大學Qian Chen，美國西北大學Erik Luijten等實現了直接對單分散金納米棱鏡到單顆粒尺度超晶格的過渡過程的成像。
作者利用低劑量率的液相透射電子顯微鏡來控制納米粒子之間的相互作用，而不會影響其運動。將粒子跟蹤與Monte Carlo模擬相結合，作者發現超晶格的位置有序性來自取向失調。這種方法使作者能夠測量諸如線張力和相位坐標之類的參數，繪制出涉及致密的非晶態中間體的非經典成核途徑的圖表。作者通過不同納米顆粒的結晶展示了其方法的多功能性，為更廣泛的應用指明了方向。
ZihaoOu, Ziwei Wang, Erik Luijten,* Qian Chen*, et al. Kinetic pathways ofcrystallization at the nanoscale. Nat. Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0514-1
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0514-1
4. Nat. Mater.: 通過剛性感應阻止轉化的癌細胞生長
癌細胞的一個共同特征是激酶和生化信號通路的改變，使得在軟基質上的生長得以轉化，而細胞骨架蛋白的改變則被認為是次要問題。然而，新加坡國立大學Michael P. Sheetz課題組發現來自不同組織的癌細胞可以分別通過不存在或存在機械感知模塊，而在轉化的狀態和剛性依賴的生長狀態之間切換。在來自不同組織的各種癌癥細胞系中，與來自相同組織的正常細胞相比，細胞的剛性感知收縮減少了十倍以上。
恢復細胞骨架蛋白的正常水平，包括原肌球蛋白，可以恢復剛度感應和剛度依賴性生長。其他剛性傳感器蛋白（包括肌球蛋白IIA）的進一步消耗可以恢復轉化生長并阻止傳感。此外，恢復對癌細胞的剛性感應可抑制腫瘤形成并改變表達模式。因此，通過改變細胞骨架蛋白質水平來減少剛度感測模塊使癌細胞在軟表面上生長，這是癌癥進展的促成因素。
Yang,B.; Wolfenson, H.; Chung, V. Y.; Nakazawa, N.; Liu, S.; Hu, J.; Huang, R.Y.-J.; Sheetz, M. P., Stopping transformed cancer cell growth by rigiditysensing. Nature Materials 2019.
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0507-0
5. Nat. Catal.：引入N2提高Ru基催化劑催化加氫脫氧反應的活性
氮氣（N2）因其價格便宜，易于從空氣液化中產生，更重要的是N2三鍵不易活化而被認為是惰性的，被廣泛用作許多催化反應的載氣或保護氣體。在多相催化中，N2很少被認為是促進劑或是提高催化性能的活性組分。近日，牛津大學Dermot O’Hare，Shik Chi Edman Tsang，清華大學李雋等多團隊合作，發現N2可作為催化助劑，用于降低Ru基催化劑催化加氫脫氧的活化能。作者研究發現，在160°C和1bar的氫氣條件下，額外的引入6bar的N2，可以將二氧化鈦負載的釕催化劑（Ru/TiO2）催化p-cresol加氫脫氧制甲苯的活性提高4.3倍。
詳細的研究表明，N2可以在金屬Ru表面吸附和活化，從而形成氫化的氮物種(N2Hx，x=1, 2)，該物種中的N–H提供質子氫，以降低直接的芳香碳-氧鍵斷裂和羥基氫化的活化能。作者進一步通過使用不同的釕催化劑，包括Ru/TiO2，Ru/Al2O3，Ru/ZrO2和Ru/C，發現引入N2可以被視為一種普適性策略用于提高釕基催化劑催化加氫脫氧反應的活性。
HaohongDuan, Jin-Cheng Liu, Ming Xu, Jun Li*, Shik Chi Edman Tsang,* Dermot O’Hare,* et al. Molecularnitrogen promotes catalytic hydrodeoxygenation. Nat.Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0368-6
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0368-6
6. Nat. Mater.: 壓力控制原子薄的CrI3中的層間磁性
堆積順序會影響二維范德華材料的物理性能。康奈爾大學Kin Fai Mak和Jie Shan團隊施加了高達2 GPa的靜水壓力，以改變范德華磁絕緣子CrI3中的堆疊順序。通過磁圓二色性和電子隧穿測量，觀察到原子薄CrI3中不可逆的層間反鐵磁-鐵磁躍遷。
該效應伴隨著單斜面向菱面體的堆積順序變化。在結構變化之前，可以通過壓力將層間反鐵磁耦合能調整近100％。該實驗揭示了層間鐵磁性基態。該基態建立在塊狀CrI3中，但未在天然剝落薄膜中觀察到。觀察到的磁性基態與堆積順序之間的相關性與第一性原理計算高度吻合，并暗示了通過莫爾工程學走向納米級磁性織構的途徑。
Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3，Nature Materials (2019)
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0506-1
7. Nat. Mater.: 通過層堆疊的壓力調整來切換2D磁性狀態
二維范德華晶體的物理性質可能對層間耦合敏感。對于二維磁體，理論認為層間交換耦合在很大程度上取決于層間距，而堆疊結構甚至可以改變層間磁交換的符號，從而極大地改變了基態。華盛頓大學許曉棟團隊報道了二維磁體CrI3中的磁階壓力調整。
研究發現，靜水壓力可使層間磁耦合增加一倍以上。在雙層CrI3中，壓力會引起從分層反鐵磁相到鐵磁相的轉變。在三層CrI3中，壓力可以產生三相共存的磁疇，一相為鐵磁相，二相為反鐵磁相。所觀察到的磁階變化可以通過堆疊布置的變化來解釋。堆疊順序和磁性之間的這種耦合為設計人員的磁性相和功能性提供了充足的機會。
Switching 2D magnetic states via pressure tuning of layer stacking，Nature Materials (2019)
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0505-2
8. Nat. Photon.：高階相干反斯托克斯拉曼散射顯微鏡
相干拉曼散射（例如，相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和受激拉曼散射）顯微鏡已成為生物和生物醫學系統中無標記生物分子成像的強大工具，但其空間分辨率受到衍射的限制。近日，新加坡國立大學黃志偉研究團隊報道了更高階的相干抗斯托克斯拉曼散射（HO-CARS）顯微鏡，打破了無標簽，超分辨率振動成像的衍射極限。HO-CARS顯微鏡的分辨率提高已經在生物樣品中進行了分析和證明。與常規CARS顯微鏡相比，HO-CARS技術提供了固有的高共振與非共振背景比。
在嚴格聚焦下，源自高階非線性過程（χ（5），χ（7））的HO-CARS信號在級聯的低階非線性過程（χ（3））上占主導地位，產生更豐富的光譜信息。這項研究表明，在生物和生物醫學系統中，HO-CARS顯微技術是一種具有很高的圖像對比度、非常有吸引力的無標簽超分辨率成像工具。
Huang, Z. et al. Higher-order coherent anti-Stokes Ramanscattering microscopy realizes label-free super-resolution vibrational imaging.Nat. Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0535-y
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0535-y
9. Nat. Photon.: 合成的手性光控制手性分子
光波的磁性成分對于定義波的螺旋度至關重要，但它對物質的光學響應的影響很小。手性分子提供了一個典型的例子，其中電磁相互作用的弱點阻礙了控制其手性光學響應強度的能力，將其限制在低于全部電勢幾個數量級的水平。德國馬克斯·玻恩研究所David Ayuso, Misha Ivanov 和 Olga Smirnova等人介紹并從理論上分析了一種新型的手性光：自由傳播的局部和全局手性電場，它們與手性物質的相互作用極為有效。
研究表明，這種合成手性光能夠完全控制隨機取向的手性分子的非線性對映敏感光學響應的強度，極化和傳播方向。可以在所需對映異構體中隨意淬滅或增強這種反應，從而開辟了有效的方法來控制手性物質，以及對氣體，液體和固體中的手性動力學進行超快速成像。
Syntheticchiral light for efficient control of chiral light–matter interaction， Nature Photonics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0531-2
10. Nat. Photon.:使用多功能超表面系統的單鏡頭定量相位梯度顯微鏡
透明樣品的定量相成像（QPI）在生物醫學應用中起著至關重要的作用，而將這些系統小型化將使其能夠應用于醫學是未來發展的趨勢。近日，加州理工學院AndreiFaraon基于經典的微分干涉對比（DIC）顯微鏡，提出了一種基于兩個介電超表面層的緊湊型定量相梯度顯微鏡（QGPM）。
由于介電超表面的多功能性和緊湊性，QPGM可一次捕獲三張DIC圖像，以生成定量的相位梯度圖像。超表面光學系統的體積約為1 mm3。研究人員的成像實驗證明了QPGM捕獲定量相位梯度數據的能力，其相位梯度靈敏度優于92.3 mrad μm-1并具有單細胞分辨率。研究結果還證明了超表面在開發用于無標簽細胞成像和即時護理設備的小型QPI系統方面的潛力。
Kwon,K. Faraon, A. et al. Single-shot quantitative phase gradientmicroscopy using a system of multifunctional metasurfaces. Nat. Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0536-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0536-x
11. Nat. Photon.綜述: 混合上轉換納米系統的未來和挑戰
為了提高光子上轉換的效率，結合有機染料和無機納米粒子的混合方法被證明是成功的，尤其是以染料敏化摻雜鑭系元素的上轉換納米粒子，納米粒子敏化分子三重-三重態湮滅系統和金屬-有機-雜化態框架的納米粒子。
近日，哥倫比亞大學P. JamesSchuck聯合韓國化學技術研究所Yung Doug Suh、新南威爾士大學TimothyW. Schmidt、悉尼科技大學DayongJin綜述了該領域的最新進展，并研究了影響上轉換性能的關鍵因素，例如光譜重疊，核-殼設計以及材料之間界面處的三重態激子和猝滅劑。盡管仍然必須克服諸如穩定性，三重態猝滅，濃度猝滅和重吸收之類的問題，但是混合納米系統的智能設計為諸如太陽能光伏器件，深層生物醫學成像，光遺傳學和納米醫學等應用提供了令人興奮的機會。
Schuck, P. J. Suh， Y. D. Schmidt, T.D. Jin, D. et al. Future and challengesfor hybrid upconversion nanosystems. Nat. Photon. 2019.
DOI:10.1038/s41566-019-0528-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0528-x
12. Nat. Biomed.Eng.: 碳納米管功能化螺旋纖維束用于體內多種疾病標記物的長期監測
植入的電子設備和生物組織之間的機械不匹配會導致讀數不正確和長期組織損傷。因此，復旦大學彭慧勝教授團隊利用功能化的多壁碳納米管扭曲成螺旋狀的纖維束，以模仿肌肉的分層結構在體內監測多種疾病生物標記。柔性纖維束是可注射的，其具有低的彎曲剛度并且在壓縮下表現出超低的應力。
作為這些纖維束傳感能力的概念證明，實驗結果表明，當將纖維束植入小鼠的腫瘤中時，它們能夠對H2O2進行空間分辨和實時監控，并且可以與粘性皮膚貼片上的無線傳輸集成系統結合，監測貓靜脈血中的鈣離子和葡萄糖達28天。因此，作為化學功能化電化學傳感器的螺旋纖維束，其多功能性將適用于多種傳感。
Wang,L.; Xie, S.; Wang, Z.; Liu, F.; Yang, Y.; Tang, C.; Wu, X.; Liu, P.; Li, Y.;Saiyin, H.; Zheng, S.; Sun, X.; Xu, F.; Yu, H.; Peng, H., Functionalizedhelical fibre bundles of carbon nanotubes as electrochemical sensors forlong-term in vivo monitoring of multiple disease biomarkers. Nature BiomedicalEngineering 2019.
https://doi.org/10.1038/s41551-019-0462-8
13. Nat. Commun.: 鈦摻雜修飾BN納米籠意外得到外面體配合物！
盡管包含金屬的BN納米籠早就得到了廣泛的關注，但是其明確的分子結構仍然困擾著研究者們。人們普遍認為，這一大類化合物的結構就像他們的等電子同系物碳-金屬富勒烯一樣將金屬原子限制在納米籠內部。在本文中，揚州大學的Yang Wang 等通過碰撞誘導解離實驗證明了Ti(BN)n(n=19-24)是外表面結構而不是普遍認為的內表面結構。他們發現該化合物的最小結構具有一些共同的鍵合特征，這說明該類化合物具有很高的穩定性而且可以在已形成BN納米團簇的前提下進行合成。
Ti原子的摻雜不僅顯著改變了納米籠的結構，而且也影響了B原子和N原子的排布方式。這使得Ti(BN)n化合物具有一定的CO2捕獲能力和固氮能力。這些發現可能擴展或改變對與其他過渡金屬功能化的BN納米結構的理解。
RuyiLi, Yang Wang et al, Modification of boron nitride nanocages by titanium dopingresults unexpectedly in exohedral complexes, Nature Communications. 2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12877-0?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ncomms%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Communications+-+current%29
14. Nat. Communu.：工程化兩親性肽將蛋白質和CRISPR相關核酸酶遞送至氣道上皮
由于其特異性的和分化的細胞施加了無法逾越的屏障，因此將生物載體遞送至氣道上皮細胞具有很大的挑戰性。在載體中，重組蛋白提供了治療前景，但缺乏有效的遞送方法限制了它們的發展。于此，美國愛荷華大學Paul B. McCray Jr.教授使用工程化兩親性肽實現了將蛋白質和SpCas9或AsCas12a核糖核蛋白（RNP）遞送至培養的人高分化氣道上皮細胞和小鼠肺中。
這些與GFP蛋白或CRISPR相關核酸酶（Cas）RNP非共價結合的穿梭肽，可快速進入培養的人纖毛和非纖毛上皮細胞和小鼠氣道上皮細胞。實驗表明，與SpCas9或AsCas12aRNP結合的穿梭肽的滴注可實現ROSAmT/mG小鼠氣道上皮中loxP位點的編輯。而且穿梭肽廣泛分布于呼吸道范圍內，但并沒有發現具有短期毒性。這項基于肽的技術為蛋白質和CasRNP輸送至難治性氣道上皮細胞提供了潛在的治療途徑。
Krishnamurthy,S.; Wohlford-Lenane, C.; Kandimalla, S.; Sartre, G.; Meyerholz, D. K.; Théberge, V.; Hallée, S.; Duperré, A.-M.; Del’Guidice, T.; Lepetit-Stoffaes,J.-P.; Barbeau, X.; Guay, D.; McCray, P. B., Engineered amphiphilic peptidesenable delivery of proteins and CRISPR-associated nucleases to airwayepithelia. Nature Communications 2019, 10 (1), 4906.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-12922-y
