1. Nature Nanotechnology：納米孔探測酶切核苷單磷酸
對RNA進行修飾在調節各種生物過程中起到關鍵作用，并且與許多人類疾病有關。但是目前直接通過測序的方式直接鑒定RNA的修飾情況仍具有較高的挑戰。納米孔測序技術是一種具有前景的技術，目前的技術通常需要復雜的序列解碼。通過序列納米孔鑒定酶切核苷單磷酸能夠提供非常準確的序列信息和RNA修飾情況。有鑒于此，南京大學黃碩等報道一種苯硼酸修飾的雜八聚體Mycobacterium smegmatis porin A納米孔，這種方法能直接區別核苷單磷酸、5-甲基胞苷、N6-甲基腺苷、N7-甲基鳥苷、N1-甲基腺苷、肌苷、假尿苷和二氫尿苷。
本文要點：
1）通過相關報道準確率達到0.996的機器學習方法對microRNA和自然轉移RNA進行定量分析，這種方法在多種核苷或核苷酸衍生物的檢測過程中表現非常好的結果，為RNA序列的表觀遺傳測序提供一種新方法。
Wang, Y., Zhang, S., Jia, W. et al. Identification of nucleoside monophosphates and their epigenetic modifications using an engineered nanopore. Nat. Nanotechnol. (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01169-2
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01169-2
2. Nature Commun.：替代和不變性增強的對比學習優化少量數據訓練模型
隨著科技的不斷發展，越來越多的領域運用神經網絡進行深度學習來解決問題。與傳統的方法不同，深度學習依賴于大量數據進行訓練，來發現隱藏的關系模式和相關性，并以此建模和優化。因此，該方法的有效性很大程度上取決于數據量的大小。然而，自然科學中的大多數問題不太適合這種方法。所以，急需開發新的需要數據量小的方法來解決上述問題。
減輕對數據的依賴的一種方法是遷移學習（TL），它指在已進行過預訓練的神經網絡上進行微調。相關研究驗證了該方法在自然科學領域中的部分工作的有效性。但是，大多數工作項目來自于不同的源數據，導致靶向問題與源數據不匹配，限制了TL的效果。另一種方法則是自我監督學習（SSL）技術，它與TL的主要區別是，在預訓練階段使用未標記的數據，以避免對模型有效性的影響。近日，麻省理工的Charlotte Loh等人提出了一種替代和不變性增強的對比學習（SIB-CL），它是一種基于自然科學中問題單獨開發的深度學習框架，其中輔助信息源通常是先驗的或可容易得到的。
本文要點：
1）該工作提出了一種替代和不變性增強的對比學習（SIB-CL）技術，它具有以下幾個特點：第一，該技術使用了大量未標記的數據；第二，該模型輸入的均為先驗性知識，即以物理不變性形式存在的公理，其可以由輸入的幾何對稱性或問題的一般非對稱性相關不變性來控制；第三，該技術還使用類似問題的代理數據集來進行訓練，訓練過程使用更為簡化或近似的標記，生成成本更低。
2）該工作還進一步討論了該SIB-CL的適用場景，其創建相關簡化替代性數據集的特點，在數學領域中近似分析分支非常常見，其應用包括了原子間力場分析，泛函密度理論等。
Loh, C., Christensen, T., Dangovski, R. et al. Surrogate- and invariance-boosted contrastive learning for data-scarce applications in science. Nat Commun 13, 4223 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-31915-y
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31915-y
3. JACS：在中性介質中實現高效水電氧化的過渡金屬?氧共價可調的管狀納米鈣鈦礦氧化物的一般合成
在中性pH的電解液中電解水制氫，不僅可以避免腐蝕和安全問題，擴大催化劑的選擇范圍，而且有望與人工光合作用和生物電催化相結合。然而，目前仍比較缺乏能夠在中性溶液中進行高效催化緩慢析氧反應(OER)的多相催化劑。近日，中科大俞書宏院士，高敏銳教授報道了以碲納米線為模板，采用水熱退火法合成了比表面積可達30~48 m2 g?1的多種納米鈣鈦礦氧化物，包括13種管狀納米鈣鈦礦氧化物（TNPO），即A位摻雜（Ce，Pr，Nd，Sm，Gd）的LaCoO3，B位摻雜（Mn，Fe，Ni，Cu，Zn）的LaCoO3，以及A/B位雙摻雜的LaCoO3。
本文要點：
1）研究人員實現了從這一新的TNPO家族全面篩選出可以在中性pH溶液中進行高效OER的催化劑，發現OER活性與過渡金屬?氧（B?O）鍵的共價性呈現典型的火山關系。
2）結果表明，在1M磷酸鹽緩沖溶液（PBS，pH=7）中，Sm摻雜的LaCoO（Sm?LaCoO）催化劑具有最佳的B?O共價態，進而獲得了迄今為止所報道的最佳本征OER電催化活性。
本工作為發現和優化金屬氧化物向高效的中性pH OER催化提供了一種有效策略。
Zi-You Yu, et al, General Synthesis of Tube-like Nanostructured Perovskite Oxides with Tunable Transition Metal?Oxygen Covalency for Efficient Water Electrooxidation in Neutral Media, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c02989
https://doi.org/10.1021/jacs.2c02989
4. JACS：Cu(II)-羧酸鹽骨架材料對二氧化硫的吸附：配體官能化和開放金屬中心的作用
開發用于二氧化硫（SO2）的高效吸附劑材料具有重要的工業意義。然而，由于SO2的腐蝕性，常規多孔材料通常表現出不良的可逆性和對SO2吸附的有限吸收等問題。近日，曼徹斯特大學楊四海教授，Martin Schr?der報道了一系列基于羧酸銅(II)的MOFs中SO2吸附的綜合研究，即MFM-100、MFM-101、MFM-102、MFM-126、MFM-190(F)、MFM-190(NO2)、MFM-190(CH3)和MFM-190(H)（之前發表為ZJU-5），展示了不同尺寸的金屬配體籠，并顯示了籠內開放的Cu(II)位點和官能團的組合。
本文要點：
1）MFM-126具有eea拓撲結構的(3,6)連接框架，其中[Cu2(OOCR)4]槳輪分別在赤道和軸向位置結合到接頭的羧酸酯和嘧啶基，沒有留下開放的Cu(II)位點。該系列中的其他材料在nbo拓撲中結晶，其中[Cu2(OOCR)4]槳輪分別在赤道位置和軸向位置與連接體的羧酸鹽供體和水分子結合。通過在真空下加熱去除末端結合的水分子，可以產生開放的Cu(II)位點。
2)研究發現，對于MFM-101和MFM-190(F)，后者具有氟官能化，在298 K和1 bar下分別顯示18.7和18.3 mmol g-1的SO2完全可逆吸附；前者代表多孔固體中SO2的最高可逆吸收。此外，這兩種材料還顯示出對SO2的循環吸附和解吸的高穩定性，在多次循環中保持完全的結晶度和吸收能力。其他系統在反復的吸附-解吸循環中顯示出吸收、孔隙率或結晶度的降低。
3）通過原位中子粉末衍射(NPD)、非彈性中子散射(INS)和同步加速器紅外顯微光譜研究，已經顯現了MFM-190(F)和MFM-126中吸附的SO2分子的主客體結合相互作用和位置。這些結果表明，開放的Cu(II)位點和配體功能化的結合，以及金屬配體籠的尺寸和幾何形狀，導致了MFM-190(F)對SO2的優異吸附。
Weiyao Li, et al, Adsorption of Sulfur Dioxide in Cu(II)-Carboxylate Framework Materials: The Role of Ligand Functionalization and Open Metal Sites, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c03280
https://doi.org/10.1021/jacs.2c03280
5. JACS：堅固的MOF中可調的受限脂肪族孔環境以高效分離具有相似結構的氣體
微調金屬?有機骨架（MOFs）的孔結構對于開發具有挑戰性的結構相似分子的高能效分離過程至關重要。近日，麻省理工學院Xin He，浙江大學Qiwei Yang展示了一種實現MOF孔結構的準三維優化的策略，該策略利用多環烷基二羧酸配體中脂肪環的大小和數量的可調性。這一策略在等網狀MOF中形成了可調節的受限脂肪族孔環境，在CH4/C2H6/C3H8和Xe/Kr分離中都具有良好的分離性能，結合了C2H6/CH4和C3H8/CH4的記錄，以及優異的Xe/Kr選擇性、基準低壓吸附能力和優異的穩定性。與基于平面芳環的普通配體的伸縮相比，由于橋聯碳氫化合物部分的非平面性質，這一策略為實現對受限孔隙空間的三維大小和形狀的精細調節提供了新的潛力。此外，橋烴部分的結構剛性有利于形成具有永久孔隙率的MOF，其非芳香性在MOF孔中創造了非典型的脂肪族化學環境，為特殊的吸附行為和機理提供了可能性。
本文要點：
1）分別以雙環[1.1.1]戊烷-1，3-二元酸(H_2bpdc)和立方烷-1，4-二元酸(H_2cdc)為配體，成功地合成了兩個具有良好水解性的異構型有機金屬氧化物ZUL-C1（Al(OH)(O2C?C5H6?CO2)）和ZUL-C2（Al(OH)(O2C?C8H6?CO2)）。
2）當含有雙環[1.1.1]戊烷主鏈的H2bpdc配體被具有立方烷(即五環[4.2.0.02,5.03,8.04,7]辛烷)主鏈的H2bpdc配體取代時，脂肪環的膨脹延伸了孔道的側面，這可能會削弱主?客體與小氣體分子的相互作用；然而，伴隨著環數和半體積的增加，可以有效地縮小特定方向上可訪問的孔空間的尺寸，形成具有更多烷基中心的等高孔表面，這有利于在受限空間中主?客體的相互作用。
3）通過將ZUL-C1和ZUL-C2應用于CH4/C2H6/C3H8和Xe/Kr的分離，結果表明，這些改變可以有效地提高相似氣體分子的選擇性，并顯著增強優先分子在低壓下的吸附，為天然氣中重烴的同時脫除和超低濃度Xe/Kr的分離建立了新的基準。
Jingyi Zhou, et al, Tunable Confined Aliphatic Pore Environment in Robust Metal?Organic Frameworks for Efficient Separation of Gases with a Similar Structure, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c05448
https://doi.org/10.1021/jacs.2c05448
6. JACS：氫鍵網絡促進TiO2表面的水分解
目前，打破一個孤立的H2O分子的強共價O?H鍵仍極具挑戰性，但當H2O分子通過氫鍵與其他分子相連時，它可以在很大程度上促進這一過程。在自然光合作用和人工光催化中，氫鍵網絡的形成和執行對水的分解至關重要，目前正需要人們進行分子水平上的微觀和光譜研究。近日，中科大王兵，趙瑾，譚世倞首次在銳鈦礦型TiO2 (001)-(1×4)表面觀察到光激發水裂解。
本文要點：
1）氫鍵網絡的形成是通過將水的覆蓋率精確調節到一個單分子層以上來控制的。在紫外光照射下，氫鍵網絡為光激發空穴的轉移打開了一個級聯通道，伴隨著質子的釋放形成表面羥基。由原位UV/X-射線光電子能譜監測，生成的羥基為TiO2表面提供了多余的電子，導致Ti4+還原為Ti3+，并導致了帶隙態的出現。
2）密度泛函理論（DFT）計算表明，吸附在1 ML以上的額外H2O分子可以橋接表面O位和Ti4+位的H2O以形成H-鍵網絡，為光激發空穴轉移到H2O提供級聯通道，伴隨質子轉移到TiO2表面，以完成水分解。除了廣泛關注的光催化劑的獨特活性之外，研究還表明，普遍存在于實際水/催化劑界面的內部氫鍵網絡對于水分解至關重要。
Xiaochuan Ma, et al, Hydrogen-Bond Network Promotes Water Splitting on the TiO2 Surface, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c03690
https://doi.org/10.1021/jacs.2c03690
7. JACS：前驅體晶化法制備介孔鈣鈦礦型氧化錳納米粒子及其好氧氧化催化性能
在某些情況下，由于兩個特征之間的權衡關系，在保持高催化性能的同時追求高比表面積仍然是一個挑戰。近日，東京工業大學Keigo Kamata，Michikazu Hara通過一種新的合成方法一步合成了具有高比表面積的介孔鈷鐵礦型錳氧化物（OMS-1）納米粒子，該方法涉及通過MnO4和Mn2+試劑之間的氧化還原反應產生的前體的結晶（即固態轉化）。
本文要點：
1）研究發現，使用具有小顆粒的低結晶度前體對于實現固態轉化為OMS-1納米顆粒必不可少。比表面積達到了約250 m2 g-1，遠遠大于以前報道的方法（包括多步合成或溶解/沉淀過程）合成的Mg-OMS-1的值（13-185 m2 g-1）。
2）盡管納米顆粒極小，但觀察到OMS-1的催化反應速率和表面積之間的線性相關性，而顆粒尺寸和催化性能之間沒有權衡關系。這些OMS-1納米顆粒在以分子氧(O2)為唯一氧化劑氧化苯甲醇和茴香硫醚的測試的錳基催化劑中表現出最高的催化活性，包括高活性的β-MnO2納米顆粒。
3）這種OMS-1納米材料還可以作為可回收的多相催化劑，用于在溫和的反應條件下有氧氧化各種芳香醇和硫化物。機理研究表明，醇氧化與固體產生的氧物種一起進行，并且OMS-1的高表面積顯著有助于增強有氧氧化的催化活性。
Maki Koutani, et al, Synthesis and Aerobic Oxidation Catalysis of Mesoporous Todorokite-Type Manganese Oxide Nanoparticles by Crystallization of Precursors, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c02308
https://doi.org/10.1021/jacs.2c02308
8. JACS: 利用自驅動分子系統對少量未擴增的 SARS-CoV-2 核酸進行電化學檢測
近些年，新冠疫情持續發生，出現大量感染事件和死亡事件。急性呼吸綜合征冠狀病毒 2 (SARS-CoV-2)是導致感染的根本原因。因此，開發準確簡單的技術檢測該病毒顯得尤為重要。目前，已經開發了各種技術來解決上述問題。其中，電化學生物傳感因其響應速度快、操作簡單、成本低、便攜等優點而得到廣泛研究，成為核酸檢測的理想選擇。然而，目前的電化學生物傳感器對于調節外部刺激的傳感過程缺乏可控性和智能化，這導致分析未擴增樣品中的生物標志物的困難性增加。基于此，復旦大學魏大程等人提出了一種修飾在石墨烯微電極上的自驅動分子電化學系統 (MECS)。該系統由觸手和DNA納米結構構成的軀干組成。
本文要點：
1）觸手上的探針和電化學標記保持直立方向，從而提高生物識別能力并避免偽信號。在識別目標核酸后，附近的觸手與標記一起自發向下驅動，在方波伏安法(SWV)下產生電化學響應。
2）因此，它可以在 1 分鐘內檢測到 80 μL 中未擴增的 SARS-CoV-2 RNA，低至 4 個拷貝，比其他電化學檢測方法低 2-6 個數量級。無需核酸擴增，臨床樣本的雙盲檢測和10合1混合檢測可在1分鐘內完成，與RT-PCR結果具有高度一致性。最后，開發了一個基于 MECS 的便攜式原型，用于即時測試 SARS-CoV-2 。
Daizong Ji, et al. Electrochemical Detection of a Few Copies of Unamplified SARS-CoV-2 Nucleic Acids by a Self-Actuated Molecular System. J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI:doi.org/10.1021/jacs.2c02884
https://doi.org/10.1021/jacs.2c02884
9. AM：超離子雙功能聚合物電解質用于固態能量存儲和轉換
利用固態聚合物電解質實現良好的導電性是未來儲能和轉換技術發展的重要任務。近日，浦項科技大學Chang Yun Son，Moon Jeong Park提出了一種基于雙功能聚合物聚(3-羥基-4-磺化苯乙烯)（PS-3H4S）的電解液創新技術平臺。
本文要點：
1）削弱聚合物基質中-SO3-部分與嵌入離子的靜電相互作用，以促進PS-3H4S電解液豐富的結構和動態非均質性。
2）離子液體加入后，在由界面離子層鈍化的聚合物結構域的剛性模體中形成了相互連接的棒狀離子通道，它允許離子松弛與聚合物松弛的解耦。這導致質子加速跳躍通過玻璃聚合物基質，并且在?35℃以下的低溫下質子跳躍變得更加明顯。3）PS-3H4S/離子液體復合電解質具有10?3 S cm?1的高離子電導率和25 ℃下~100 Mpa的高儲能模數，可成功應用于軟致動器和鋰金屬電池。
Rui-Yang Wang, et al, Superionic Bifunctional Polymer Electrolytes for Solid-State Energy Storage and Conversion, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202203413
https://doi.org/10.1002/adma.202203413
10. AM：BN基底外延生長高性能脫氫氨分解Ru納米粒子
Ru是NH3脫氫反應活性最高的催化劑，NH3的脫氫反應是實現將氨作為儲氫材料的基礎，Ru催化劑的表面B5位點是氨脫氫反應催化活性最高的位點，但是B5位點的密度非常低。有鑒于此，浦項科技大學Chang Won Yoon、首爾大學Jungwon Park等報道通過在對稱的六方相BN基底上構建豐富的B5位點Ru催化劑，這種催化劑的合成過程通過外延生長的方式在六邊形BN納米片上生長Ru納米粒子，因此在納米粒子的邊緣位點主要為B5位點。
本文要點：
1）當在催化反應過程中活化催化劑，其中的B5位點的密度能夠進一步增加，同時催化劑活化的過程中Ru納米粒子的電子密度同樣可以增加。
2）這項工作說明基底外延生長的方式控制催化劑的形貌，能夠用于合成特定原子結構的高活性異相催化劑。
Sungsu Kang, et al, Heteroepitaxial Growth of B5-site-rich Ru Nanoparticles Guided by Hexagonal Boron Nitride for Low-temperature Ammonia Dehydrogenation, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202203364
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203364
11. ACS Nano：用于長期高質量記錄電生理信號的可拉伸海綿電極
柔性電子器件或傳感器在可穿戴健康監測、可植入醫療設備以及人機交互界面等領域具有廣泛的應用。例如，心電圖（ECG）是一種最常用的心血管疾病的診斷手段，它能監測到心率失常，心肌梗死等疾病，有助于預防心臟病、中風等，肌電圖（EMG）可用于監測神經和肌肉的健康狀況，以診斷神經功能障礙或神經對肌肉信號傳導問題，腦電圖（EEG）可用于監測大腦活動以評估睡眠障礙，腦腫瘤和癲癇等。
在臨床上，上述技術采用的電極是Ag/AgCl電極，外表包覆一層水凝膠，該水凝膠可有效降低電極與皮膚之間的阻抗，然而，Ag/AgCl電極本身仍是剛性的，不能很好的貼合皮膚，在測量時容易造成偽影。其次，Ag/AgCl電極通常有效面積較小，電極的大部分被粘合劑或封裝材料包圍，這些材料對信號收集沒有貢獻。最后，導電凝膠通常在電極表面相對較短的時間內干燥，并且隨著凝膠蒸發，信號質量將逐漸降低。這些問題使得商用Ag/AgCl電極不適合可穿戴和長期動態監測應用。近日，華盛頓大學的Wang Chuan等人制造了一種柔性海綿電極，可用于長期高質量記錄電生理信號。
本文要點：
1）該工作提出了一種低成本和可大規模制備的電極制造方法，該電極具有簡單且穩定的結構，主體為多孔PDMS海綿，表面涂敷有導電聚（3，4-乙二氧基噻吩）聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）層。由于電極內有富含大量微米級孔隙，皮膚和電極之間的有效接觸面積大大增加，降低了接觸阻抗，提高了測量的信噪比（SNR）。
2）此外，該工作將電極與導電水凝膠進行復合，由于電極的多孔結構，有效降低了水凝膠的干燥時間，使得電極具備長期監測的潛力。最后，該工作測試了ECG和EMG信號，驗證了該電極的有效性和優異性。
Li-Wei Lo，et al，Stretchable Sponge Electrodes for Long-Term and Motion-Artifact-Tolerant Recording of High-Quality Electrophysiologic Signals，ACS Nano，2022
DOI：10.1021/acsnano.2c04962
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04962
12. ACS Nano：含有富血小板血漿的自愈合透明質酸納米復合水凝膠用于皮膚再生
開發具有足夠強度和自愈合能力的天然水凝膠來促進皮膚傷口愈合是一項重大的研究挑戰。武漢紡織大學周應山教授、澳大利亞國立大學Pu Xiao和鄭州大學第一附屬醫院Yanteng Zhao以醛修飾的透明質酸鈉(AHA)、肼修飾的透明質酸鈉(ADA)和醛修飾的纖維素納米晶體(oxi-CNC)為基礎，開發了一種透明質酸納米復合水凝膠。
本文要點：
1）實驗利用雙管注射器和動態酰腙鍵以在原位構建了具有高強度和自愈合能力的水凝膠。此外，富血小板的血漿(PRP)可以通過PRP(如纖維蛋白原)上的氨基和AHA或者oxi-CNC上的醛基形成亞胺鍵以負載在透明質酸納米復合水凝膠中(ADAC)中，進而協同促進皮膚傷口愈合。
2）研究發現，ADAC水凝膠對PRP具有保護和持續性的釋放作用。動物實驗表明，ADAC@PRP水凝膠能夠增強肉芽組織的形成和膠原沉積以及促進再上皮化和新生血管形成，進而顯著改善全層皮膚創面愈合。綜上所述，該研究開發的負載PRP的可自愈合型納米復合水凝膠是一種能夠用于傷口治療的新型候選材料。
Shangzhi Li. et al. Self-Healing Hyaluronic Acid Nanocomposite Hydrogels with Platelet-Rich Plasma Impregnated for Skin Regeneration. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c05069
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c05069
