1. Nature Materials：通過增材制造合成超強鈦合金
鈦合金廣泛的應用于航空航天、汽車、能源部門，通常鈦合金的制備需要復雜的鑄造、熱機械加工過程才能得到能應用于高承重所需的強度。有鑒于此，上海理工大學王皞、莫納什大學Aijun Huang、Yuman Zhu等報道增材制造方法中的熱循環和快速固化方式得到了強度超高的熱穩定鈦合金，這種制備方法合成的鈦合金可能直接進行使用。1）將市售鈦合金通過簡單的加熱處理，實現了非常高的延展強度和拉伸強度（數值高達1600 MPa），這種優異的性能來自鈦合金中產生致密的高穩定性內部孿晶納米結構，這種現象在傳統處理合成鈦合金的過程中很少出現。2）產生這種納米孿晶結構的原因是形成了具有明顯螺旋特征的高密度畸變，這種納米孿晶是在增材制造過程中產生的。這項工作為制備具有獨特微結構、優異性能的結構材料提供幫助。Zhu, Y., Zhang, K., Meng, Z. et al. Ultrastrong nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing. Nat. Mater. (2022)DOI: 10.1038/s41563-022-01359-2https://www.nature.com/articles/s41563-022-01359-2
2. Nature Materials：極化光誘導原子層CrI3的磁性改變
控制材料的磁性能夠低功耗高速磁性數據存儲器件以及自旋量子學器件中產生廣泛的應用前景，人們已經發現通過外加電場、靜電摻雜（electrostatic doping）、應力（strain）等方法能夠調控二維磁體材料的磁性。對于二維原子層厚度磁性材料，發展無需使用外磁場，完全通過光學調控非易失性磁性的控制方法具備突出的優勢。有鑒于此，加州大學伯克利分校/香港大學張翔(Xiang Zhang)等報道通過對原子層厚度的鐵磁半導體CrI3施加圓偏振脈沖光，實現了完全由光控制的CrI3磁性轉變。1）這種完全由光調控磁性的過程與激子能量和極化光的方向有關，對應于在CrI3中產生不同的激子躍遷，說明激子躍遷過程與光激發載流子向局域自旋角動量的轉移有關。這項研究工作更好的揭示了極性光子與磁性材料之間的相互作用，這種現象在其他磁性材料體系中無法實現。2）這種完全由光控制的磁性轉變現象為探索新型磁-光相互作用提供幫助和機會，為發展高速低功耗自旋量子學器件提供可能，展示了層狀vdW鐵磁材料在研究新型光學-磁性關系的前景，可能用于磁-光存儲器件、數據存儲、處理器等場景。Zhang, P., Chung, TF., Li, Q. et al. All-optical switching of magnetization in atomically thin CrI3. Nat. Mater. (2022)DOI: 10.1038/s41563-022-01354-7https://www.nature.com/articles/s41563-022-01354-7
3. Nature Chemistry："可分離型"異相催化劑實現連續的大批量制備環狀聚合物
環狀聚合物是一種有趣的拓撲結構，被認為可能成為一種潤滑材料，但是目前大規模合成純環狀聚合物仍非常困難。最直接的方法是將催化反應完成后的催化劑回收進行重復利用，但是由于催化劑不穩定的特點，而且難以從聚合物中分離，導致這種過程難以得到實際應用。有鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院/首爾大學Tae-Lim Choi等報道發展了一種連續循環的催化合成過程，其中聚合反應、聚合物分離、催化劑回收都能夠在反應過程中原位進行，將Ru催化劑擔載于SiO2上作為一種異相催化劑，并且使用一種最新開發的自制玻璃反應器，通過環戊烯的擴環復分解反應生成純凈的環狀聚合物，實現了連續大量合成聚合物。1）除了考察催化反應之外，還考察了環狀聚合物與線性類似物的解聚合反應動力學區別。這種開發的反應過程能夠盡量減少實驗室人工成本，最大化的利用催化劑，而且能夠保證生成純的聚合物，實現了可以大規模生成環狀聚合物的方法，貴金屬催化劑的TON達到≥415000。2）通過發展異相催化劑與使用自制玻璃反應器實現了大規模化的環狀聚合物合成，通過這個反應器，當聚合物的單體引入反應體系后，能夠進行聚合反應、聚合物分離、催化劑回收。這種連續合成聚合物的反應過程不僅解決了均相催化反應種長期存在的產物純化難題，而且展示了一種通過隔離異相催化劑的方式最大化的提高貴金屬催化劑的TON，從而實現了大規模合成聚合物。Yoon, KY., Noh, J., Gan, Q. et al. Scalable and continuous access to pure cyclic polymers enabled by ‘quarantined’ heterogeneous catalysts. Nat. Chem. (2022)DOI: 10.1038/s41557-022-01034-8https://www.nature.com/articles/s41557-022-01034-8
4. Nature Chemistry：多金屬氧酸鹽POM合成含放射性元素復合物
由于放射性化合物具有較大的毒性、同位素稀缺、價格昂貴等特點，放射性化合物分子的合成和研究比較缺乏。傳統的研究每次都需要毫克樣品的小分子有機/無機化合物，對于一些同位素而言，這個量達到全球的年產量。有鑒于此，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Gauthier J.-P. Deblonde等報道發現多金屬氧酸鹽POM（polyoxometalates）能夠非常簡單的與放射性元素形成、結晶為放射性金屬的配位化合物。這種晶體具有非常高的分子量，并且溶解性可控，形成僅僅需要微克（μg）量級。1）通過1-10 μg非常罕見的248Cm3+合成了三種Cm-POM復合物分子，單晶X射線分析表征發現分子為八配位中心Cm3+。通過光譜、熒光、NMR、Raman表征分析多種f-區元素-POM復合物分子的性質（包括 243Am3+,248Cm3+），揭示了未曾發現的溶液相-固態性質區別，以及錒系元素與鑭系元素之間的區別。2）這種POM與放射性金屬構建復合物分子的方法時一種非常可靠的分離罕見元素的方法，特別是錒系以及锎后元素（transcalifornium element）。Colliard, I., Lee, J.R.I., Colla, C.A. et al. Polyoxometalates as ligands to synthesize, isolate and characterize compounds of rare isotopes on the microgram scale. Nat. Chem. (2022)DOI: 10.1038/s41557-022-01018-8https://www.nature.com/articles/s41557-022-01018-8
5. Nature Catalysis：設計AB位點共摻雜鈣鈦礦鐵氧體高性能ORR電極
阻礙質子陶瓷燃料電池（PCFCs）商業化的最大困難與挑戰是缺乏高性能和價格偏移的電極材料。目前Co基鈣鈦礦是最有前景的催化劑電極材料，但是其穩定性較差，而且熱力學特點難以與PCFC的其他組分兼容。有鑒于此，香港科技大學Francesco Ciucci等報道通過從頭算計算模擬，分子軌道研究，發現A-和B-位點共取代策略發展了不含Co的鈣鈦礦電極材料，展示了優異的電化學性能。1）研究發現，A-和B-位點取代的BaFeO3-δ能夠促進形成氧空穴（VO··）和羥基自由基（OHO·），同時能夠改善鈣鈦礦的整體結構穩定性。當組分為Ba0.875Fe0.875Zr0.125O3?δ具有最好的電催化性能，實現了優異的電化學ORR性能，500 ℃的峰值功率密度達到0.67 W cm-2。這種材料的理性設計策略對于發展可商用的PCFC器件而言是個巨大進步。2）由于催化劑在700 ℃時溫度能夠實現質子/氧雙重離子導電，因此實現了高達2.04 W cm-2的峰值功率密度。在空氣氣氛中催化劑表現了優異的穩定性（230 h），在600 ℃時的高濃度蒸汽氣氛的穩定時間達到200 h。電極的制備過程非常簡單方便，無需使用滲透或者脈沖激光沉積等復雜的技術改善催化劑的性能。研究結果說明A-、B-位點共取代策略是一種改善催化劑性能非常有效的策略。本文催化劑能夠通過簡單的固相反應進行大批量合成，同時保持優異的催化活性。Wang, Z., Wang, Y., Wang, J. et al. Rational design of perovskite ferrites as high-performance proton-conducting fuel cell cathodes. Nat Catal (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00829-9https://www.nature.com/articles/s41929-022-00829-9
6. Angew：表面修飾馬來酰亞胺的氟化共聚肽穩定微泡可作為穩定的超聲造影劑
充氣微氣泡(MBs)可在臨床上作為超聲（US）造影劑以用于疾病的診斷和治療。然而，如何提高成像的穩定性和增強對比度仍然是一個巨大的挑戰。中科大劉世勇教授、沈愛宗教授、胡進明教授和Nianan He合成了含氟嵌段的兩親性共聚物多肽以穩定填充全氟碳(PFC)的MB，其能夠在長期存儲和US成像條件下表現出良好的穩定性。1）氟化內層能夠降低MBs的內部拉普拉斯壓力，大大提高MBs的穩定性。此外，含二丙炔的中間嵌段的交聯也可進一步增強MBs的穩定性。2）為了克服被抑制的聚合物殼層非線性振蕩，實驗在MBs表面引入了馬來酰亞胺基團，使其能夠與血漿蛋白發生原位反應，增強二次諧波信號，而不影響MBs的穩定性，從而可以實現比SonoVueTM MBs更好的US成像性能。Jie Cen. et al. Fluorinated Copolypeptide-Stabilized Microbubbles with Maleimide-Decorated Surfaces as Long-Term Ultrasound Contrast Agents. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202209610https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209610
7. Angew：具有廣譜抗腫瘤活性的水溶性富金屬氧酸鹽
福州大學鄭壽添教授、李新雄研究員和徐芃教授報道了一種富銻（Sb）多金屬氧酸鹽(POM) {Sb21Tb7W56}，它是迄今為止含Sb原子數量最多的POM化合物。1）富Sb的POM具有許多有趣的結構特征、良好的水溶性和水穩定性。生物醫學研究表明，富含Sb的POM可通過重新激活p53依賴的凋亡過程和破壞線粒體膜以對多種癌癥細胞系表現出廣譜的抗腫瘤活性。2）實驗結果表明，這種富含Sb的POM能夠在體內抑制乳腺癌的生長和轉移，有望作為一類新型的抗癌藥物。Hui-Ping Xiao. et al. A Water-Soluble Antimony-Rich Polyoxometalate with Broad-Spectrum Antitumor Activities. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202210019https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210019
8. Angew：Pt(II)-三苯胺復合物用于光激活cGAS-STING通路和細胞焦亡以用于免疫治療
激活環GMP-AMP合酶-干擾素基因刺激因子(cGAS-STING)通路是一種有效的抗癌免疫治療策略。與此同時，誘導機體焦亡也是一種刺激抗癌免疫反應的可行方法。有鑒于此，中山大學毛宗萬教授和譚彩萍教授設計了兩種Pt(II)復合物(Pt1和Pt2)以作為cGAS-STING通路的光激活劑。1）光照射下，Pt1和Pt2能夠損傷線粒體/核DNA和核膜，激活cGAS-STING通路，并同時誘導癌細胞發生焦亡，進而在體內外誘發強烈的抗癌免疫反應。2）綜上所述，該研究開發了首個cGAS-STING通路的光激活劑，能夠為實現抗癌免疫治療提供一種新的設計策略。Yu-Yi Ling. et al. Simultaneous Photoactivation of cGAS-STING Pathway and Pyroptosis by Pt(II)-Triphenylamine Complexes for Cancer Immunotherapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202210988https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210988
9. Adv. Mater：仿生調節劑能夠打破致病菌生態位以調節腸道菌群失調
重編程腸道微生物群的治療方法是緩解和治療炎癥性腸病(IBD)的重要策略之一。然而，大腸桿菌在炎癥過程中往往會發生異常膨脹，進而促進致病菌占領生態位，并會對微生物組的重編程產生抗性。有鑒于此，鄭州大學史進進教授、劉軍杰教授和張振中教授開發了一種仿生調節劑(CaWO4@YCW)，其能夠通過特異性抑制大腸桿菌在結腸炎期間的異常膨脹以促進益生菌的生長，從而高效、精確地調節腸道微生物群。1）受大腸桿菌菌株與甘露絲酵母細胞壁(YCW)結合的啟發，實驗選擇YCW作為包裹CaWO4的仿生外殼。研究表明，YCW殼能夠賦予了CaWO4對胃腸道惡劣環境的超強抵抗力，并在結腸炎中粘附于異常擴張的大腸桿菌。研究發現，結腸炎部位中高表達的鈣網蛋白能夠通過剝奪CaWO4中的鈣觸發鎢離子的釋放，從而通過取代鉬蝶呤輔因子中的鉬以抑制大腸桿菌的生長。2）此外，YCW也能夠作為一種益生元以促進益生菌的生長。實驗結果表明，CaWO4@YCW可以通過消除致病菌和提供益生元實現對腸道微生物組的有效、精確的重編程，從而對DSS誘導的結腸炎表現出顯著的治療效果。Jiali Yang. et al. Bionic Regulators Break the Ecological Niche of Pathogenic Bacteria for Modulating Dysregulated Microbiome in Colitis. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202204650https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204650
10. Adv. Sci.: 以碳納米管為中心的納米碳臨床應用的未來展望
日本信州大學Naoto Saito等人綜述了以碳納米管為中心的納米碳臨床應用的未來展望。在過去的 15 年中，已經進行了大量關于將納米碳作為生物材料用于藥物輸送系統、癌癥治療和再生醫學等應用的研究。然而，納米碳的臨床應用仍然難以捉摸，主要是由于短期和長期的安全問題。每種治療方式的生物安全性必須在合乎邏輯且進行良好的實驗中得到證明。因此，評估納米碳生物材料安全性的基本技術變得更加先進。優化控制正在建立，納米碳分散技術正在改進，一系列生物動力學評估方法正在增加，并且在嚴格的條件下進行了致癌性檢查。納米碳作為一種生物材料的醫學應用即將到來。該綜述特別關注碳納米管，旨在總結迄今為止在納米碳應用和生物安全方面的貢獻，介紹評估技術方面的最新成就，并通過實用而復雜的評估方法闡明碳納米材料的未來前景和系統引入臨床用途。Saito, N., Haniu, H., Aoki, K., Nishimura, N., Uemura, T., Future Prospects for Clinical Applications of Nanocarbons Focusing on Carbon Nanotubes. Adv. Sci. 2022, 2201214.https://doi.org/10.1002/advs.202201214
11. Nano Lett.：用于個人健康監測的超拉伸 Janus 電子紡織品
可拉伸電子產品已引起下一代智能可穿戴設備的極大關注，但在密封彈性基板上制造的傳統柔性設備因其透濕性和透氣性差，無法滿足長時間佩戴的舒適性和信號穩定性。基于此，江南大學黃云鵬和劉天西等人開發了一種具有長持續發光能力的超拉伸吸汗電子紡織品，用于全面的個人健康監測和 HMI。1）通過靜電紡絲輔助面對面組裝具有不同直徑和成分的全 SEBS 微纖維，在紡織品上構建了孔隙率和潤濕性不對稱性，賦予其抗重力水傳輸能力，以持續釋放汗液。同時，均勻包裹在彈性纖維中的熒光粉顆粒使 Janus 紡織品在黑暗環境中的極端拉伸下具有穩定的發光能力。2）因此，所開發的 Janus 電子紡織品可以直接用作表皮生物電極，以監測人體的生物力學和生物電信號，還可以進一步用于操縱機械爪。這項工作為可視化可拉伸電子器件的開發提供了一種可行的解決方案，可以擴展到其他多功能傳感設備。Jiancheng Dong, et al. Perspiration-Wicking and Luminescent On-Skin Electronics Based on Ultrastretchable Janus E-Textiles. Nano Lett. 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02647https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02647
