1. Nature Energy：雙功能離子聚合物實(shí)現(xiàn)工業(yè)量級(jí)的純水與CO2電解制乙烯
目前許多CO2電解槽的相關(guān)研究關(guān)注于使用液體電解液（比如KOH溶液等），理論上使用固體聚合物電解液能夠改善效率、能夠?qū)崿F(xiàn)CO2和H2O共同電解，從而避免腐蝕性問題以及消耗電解液?jiǎn)栴}。這種固體電解質(zhì)體系的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何能夠促進(jìn)生成多碳產(chǎn)物（比如乙烯），通常人們通過較強(qiáng)的堿性環(huán)境實(shí)現(xiàn)生成多碳產(chǎn)物。有鑒于此，武漢大學(xué)莊林、王功偉等報(bào)道發(fā)展雙功能離子聚合物（ionomers）用于作為電催化的聚合物固體電解質(zhì)，這種聚合物固體電解質(zhì)不僅能夠表現(xiàn)離子導(dǎo)電性，而且在催化劑-電解質(zhì)的界面催化活化CO2，從而促進(jìn)反應(yīng)生成乙烯產(chǎn)物，同時(shí)該反應(yīng)在純水中進(jìn)行CO2催化轉(zhuǎn)化。
本文要點(diǎn)：
1)與KOH溶液不同，堿性聚合物電解質(zhì)（APEs，alkaline polymer electrolytes）和離子聚合物能夠更加方便的調(diào)控分子結(jié)構(gòu)，因此在離子聚合物中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電和催化活化CO2雙重作用，作者在之前的工作中成功的進(jìn)行CO2和純H2O電解生成CO，電流密度達(dá)到500 mA cm-2，因此在這項(xiàng)工作中，作者通過純水與CO2在不加入液體電解質(zhì)的情況電催化反應(yīng)，將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯。
2)通過骨架中含有羰基官能團(tuán)的季銨聚醚醚酮QAPEEK（quaternary ammonia poly(ether ether ketone)）離子聚合物作為雙功能電解質(zhì)，能夠在3.73 V的電壓實(shí)現(xiàn)高達(dá)1000 mA cm-2電流密度。當(dāng)電壓為3.54 V時(shí)，達(dá)到420 mA cm-2的部分電流密度，這個(gè)電流密度達(dá)到工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的級(jí)別，同時(shí)反應(yīng)過程沒有損耗電解質(zhì)。
Li, W., Yin, Z., Gao, Z. et al. Bifunctional ionomers for efficient co-electrolysis of CO2 and pure water towards ethylene production at industrial-scale current densities. Nat Energy 7, 835–843 (2022)
DOI: 10.1038/s41560-022-01092-9
https://www.nature.com/articles/s41560-022-01092-9
2. Chem. Soc. Rev.：基于多種能源的癌癥治療策略
高麗大學(xué)Jong Seung Kim、Mingle Li和Heemin Kang對(duì)基于多種能源的癌癥治療策略相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。
本文要點(diǎn)：
1）光學(xué)治療因其無創(chuàng)性和時(shí)空可控性而被廣泛應(yīng)用于癌癥治療。然而，盡管光學(xué)治療有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但該技術(shù)仍存在穿透深度有限這一關(guān)鍵缺點(diǎn)，進(jìn)而嚴(yán)重限制了它在癌癥治療中的應(yīng)用。雖然已有許多研究人員開發(fā)出多種不同的策略，如通過雙光子激光和近紅外光照射將光遞送到深部腫瘤部位，但仍難以克服光學(xué)治療的局限性。此外，對(duì)氧的依賴性也是光動(dòng)力療法在治療乏氧腫瘤時(shí)所面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。為了克服傳統(tǒng)治療方法的缺點(diǎn)，研究者開發(fā)出了多種能夠用于治療癌癥的能源，如超聲、化學(xué)發(fā)光、輻射、微波、電和磁場(chǎng)等，這些能源能夠相對(duì)不受穿透深度的約束。此外，研究者也進(jìn)一步將其他策略或療法與以能量為基礎(chǔ)的療法相結(jié)合，以提高療效，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
2）作者在文中綜述了利用多種形式的能源進(jìn)行癌癥治療的最近進(jìn)展，并對(duì)這些技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
Subin Son. et al. Cancer therapeutics based on diverse energy sources. Chemical Society Reviews. 2022
DOI: 10.1039/d2cs00102k
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d2cs00102k
3. AM：光控虛擬微傳感器用于活體生物標(biāo)志物檢測(cè)
目前針對(duì)活體生物標(biāo)志物的實(shí)時(shí)分析技術(shù)，如針狀微電極和基于外源性造影劑的分子成像方法都面臨著有創(chuàng)檢測(cè)或缺乏對(duì)成像探針的主動(dòng)控制等挑戰(zhàn)。有鑒于此，暨南大學(xué)鄭先創(chuàng)教授和劉曉帥教授將針式微電極的設(shè)計(jì)理念與熒光成像方法相結(jié)合，開發(fā)出一種體內(nèi)生物標(biāo)志物檢測(cè)的新技術(shù)，即光控虛擬微傳感器(OCViM)。
本文要點(diǎn)：
1）OCViM是由具有特殊形狀的激光束和熒光納米探針有機(jī)集成而成，它們可分別作為虛擬手柄和傳感器尖端。激光束能夠以可編程的方式捕獲和操控納米探針，同時(shí)激發(fā)它產(chǎn)生熒光發(fā)射，以用于生物傳感。
2）基于此，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟隗w內(nèi)對(duì)該納米探針進(jìn)行無創(chuàng)地完全主動(dòng)控制，并通過在多個(gè)位置之間移動(dòng)納米探針以實(shí)現(xiàn)具有亞微米分辨率的多點(diǎn)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)也利用OCViM研究了活體斑馬魚血栓中生物標(biāo)志物的過表達(dá)和異質(zhì)性分布，并證明其能夠被進(jìn)一步用于抗血栓藥物的評(píng)價(jià)。綜上所述，該研究開發(fā)的OCViM可為血栓形成機(jī)制研究和抗血栓藥物性能評(píng)價(jià)提供一個(gè)新的工具。
Tiange Zhang. et al. Optically Controlled Virtual Microsensor for Biomarker Detection In Vivo. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202205760
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202205760
4. AM：腫瘤選擇性代謝重編程可通過抑制PD-L1以重新激活免疫治療
目前，溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體在程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1)轉(zhuǎn)錄和翻譯中的作用已被充分揭示，但線粒體對(duì)于腫瘤表達(dá)中的PD-L1表達(dá)的影響還尚未得到充分研究。溫州醫(yī)科大學(xué)沈建良教授、Zaigang Zhou和梨花女子大學(xué)Juyoung Yoon發(fā)現(xiàn)，線粒體氧化磷酸化(OXPHOS)抑制可作為一種有效下調(diào)PD-L1的方法。
本文要點(diǎn)：
1）為了構(gòu)建一種能夠高效地靶向腫瘤線粒體的OXPHOS抑制納米系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)將靶向線粒體的七聚氰胺染料IR-68與線粒體復(fù)合物I和II抑制劑洛尼達(dá)明(LND)進(jìn)行結(jié)合，再與白蛋白(Alb)自組裝以形成IR-LND@Alb納米顆粒。研究表明，IR-LND@Alb納米顆粒可以選擇性實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤中PD-L1表達(dá)的有效抑制。
2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種PD-L1抑制策略的抗腫瘤效果優(yōu)于傳統(tǒng)的抗PD-L1單克隆抗體。此外，IR-LND還可以作為一種具有氧氣/PD-L1自調(diào)節(jié)能力的新型光動(dòng)力治療(PDT)藥物。綜上所述，該腫瘤選擇性代謝重編程平臺(tái)能夠重新激活免疫治療，增強(qiáng)腫瘤對(duì)PDT效應(yīng)的敏感性，從而為實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥患者的線粒體免疫治療開辟一條新的道路。
Yu Liu. et al. Tumor Selective Metabolic Reprogramming as a Prospective PD-L1 Depression Strategy to Reactivate Immunotherapy. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202206121
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206121
5. ACS Catal.：Ni/ZSM-5雙重選擇性γ-戊內(nèi)酯催化轉(zhuǎn)化
可再生的生物質(zhì)提質(zhì)通過精確控制反應(yīng)選擇性的方式實(shí)現(xiàn)選擇性C-O化學(xué)鍵活化是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。有鑒于此，武漢大學(xué)定明月、顧向奎等報(bào)道發(fā)現(xiàn)通過簡(jiǎn)單的調(diào)控Ni/HZSM-5催化劑的酸性強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)了一種雙功能催化功能，能夠方便并且精確的在兩種反應(yīng)選擇性之間調(diào)控，并且通過這種方法在γ-戊內(nèi)酯（γ-valerolactone）催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的可調(diào)控產(chǎn)物選擇性，分別以97.3 %的選擇性生成戊酸（valeric acid）、以93.6 %的選擇性生成戊烷（pentane）。
本文要點(diǎn)：
1）通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和詳細(xì)的表征，驗(yàn)證通過控制Ni/HZSM-5催化劑的酸性，能夠選擇性調(diào)控級(jí)聯(lián)催化反應(yīng)的路徑，因此得到一種酸性調(diào)控催化反應(yīng)產(chǎn)物選擇性。這種催化劑的雙重選擇性為生物質(zhì)的選擇性提質(zhì)提供一種簡(jiǎn)單方便的方法。
2）理論計(jì)算結(jié)果說明，通過催化劑酸性能夠調(diào)控γ-戊內(nèi)酯分子在C原子上產(chǎn)生獨(dú)特電子再分布，導(dǎo)致γ-戊內(nèi)酯開環(huán)反應(yīng)表現(xiàn)獨(dú)特反應(yīng)路徑的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了催化反應(yīng)的產(chǎn)物選擇性。
Hongtao Wang, et al, Dual-Oriented Selectivity Switching for Highly Efficient Biomass Upgrading via Selective C–O Bond Activation, ACS Catal. 2022, 12, 12027–12035
DOI: 10.1021/acscatal.2c03736
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03736
6. ACS Catal.：環(huán)境調(diào)控顯著改善單原子Co催化活性
由于單原子催化劑能夠達(dá)到最大化的原子利用率，并且表現(xiàn)獨(dú)特的催化活性，因此受到人們的廣泛關(guān)注和興趣。有鑒于此，南京大學(xué)郭學(xué)鋒、丁維平、王鵬等報(bào)道通過調(diào)控反應(yīng)條件（質(zhì)子性溶劑、外加堿）能夠促進(jìn)Co單原子催化劑在催化硝基芳烴加氫的催化性能。
本文要點(diǎn)：
1）通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，通過質(zhì)子性溶劑或者堿參與到氫傳導(dǎo)或脫質(zhì)子反應(yīng)過程，金屬中心位點(diǎn)和配位球之間進(jìn)行H2異裂的性能顯著提高。
2）作者發(fā)現(xiàn)Co-H物種對(duì)硝基官能團(tuán)具有選擇性還原作用，因此在多種多樣的硝基芳烴加氫反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異的催化活性和選擇性。提出了單原子催化位點(diǎn)的催化反應(yīng)循環(huán)，說明理性的調(diào)節(jié)單原子微環(huán)境是設(shè)計(jì)單原子催化劑的重要方法。
Muhong Li, et al, Environment Molecules Boost the Chemoselective Hydrogenation of Nitroarenes on Cobalt Single-Atom Catalysts, ACS Catal. 2022, 12, 11960–11973
DOI: 10.1021/acscatal.2c03200
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03200
7. ACS Nano：利用DNA納米結(jié)構(gòu)阻斷野生型SARS-CoV-2和Omicron變異感染
在生物事件中發(fā)揮關(guān)鍵作用的天然配體-受體相互作用是設(shè)計(jì)和組裝人工識(shí)別分子的理想模型。針對(duì)SARS-CoV-2刺突三聚體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和感染機(jī)制，廈門大學(xué)宋彥齡教授、楊朝勇教授和香港大學(xué)陳鴻霖教授設(shè)計(jì)了一種DNA骨架引導(dǎo)的空間型中和適配體三聚體，并將其用于對(duì)SARS-CoV-2進(jìn)行中和。
本文要點(diǎn)：
1）5.8 nm的四面體DNA骨架具有精確的空間組織和匹配的價(jià)態(tài)，能夠作為一種中和適配體(MATCH-4)，其與SARS-CoV-2刺突三聚體的頂部表面匹配能夠達(dá)到納米級(jí)的精度，以增強(qiáng)MATCH-4與刺突三聚體的相互作用。此外，該DNA骨架也能夠提供一個(gè)維度上互補(bǔ)的納米屏障，阻止刺突三聚體-ACE2的相互作用和構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而抑制SARS-CoV-2宿主細(xì)胞融合和感染。
2）研究表明，空間和價(jià)態(tài)匹配的MATCH-4能夠?qū)ARS-CoV-2及其各種突變株（如目前的Omicron變體）的保持增強(qiáng)的結(jié)合親和力和中和活性。此外，由于能夠引入和組裝針對(duì)于其他靶點(diǎn)的中和適配體，因此該設(shè)計(jì)策略有望被進(jìn)一步用于抑制其他大范圍擴(kuò)散和新出現(xiàn)的病原體。
Shuang Wan. et al. Spatial- and Valence-Matched Neutralizing DNA Nanostructure Blocks Wild-Type SARSCoV?2 and Omicron Variant Infection. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c06803
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c06803
8. Anal. Chem.: 基于空芯光纖 (HCF) 光熱光譜的頻分復(fù)用多組分氣體傳感
多組分氣體傳感在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，如監(jiān)測(cè)一些溫室氣體來評(píng)估氣候變化和空氣質(zhì)量。同時(shí)多組分氣體檢測(cè)對(duì)于食品和電子行業(yè)也是必不可少的。基于此，香港理工大學(xué)Shoulin Jiang和Wei Jin等人報(bào)告了一種基于空芯光纖 (HCF) 光熱光譜和頻分復(fù)用 (FDM) 的多組分氣體傳感器。
本文要點(diǎn)：
1）使用單個(gè)反共振 HCF (AR-HCF) 作為氣室，支持從近紅外 (NIR) 到中紅外 (MIR) 的寬帶傳輸，覆蓋 1.39 μm 處水蒸氣 (H2O) 吸收線，2.00 μm 處CO2吸收線 和 4.60 μm處CO吸收線。上述波長(zhǎng)的 NIR 和 MIR 泵浦激光器從兩端耦合到 AR-HCF 中，并分別以 7.5、8.0 和 8.5 kHz 進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生不同頻率的光熱相位調(diào)制。
2）采用 1.55 μm 的普通探頭法布里-珀羅干涉儀檢測(cè)相位調(diào)制，并使用三個(gè)鎖相放大器在各自的二次諧波頻率上同時(shí)解調(diào)。13 厘米長(zhǎng)的 AR-HCF可同時(shí)檢測(cè) H2O、CO2 和 CO，1 秒鎖定時(shí)間常數(shù)時(shí)的檢測(cè)限 (LOD) 分別為 2.7 ppm、25 ppb 和 9 ppb。LOD 分別下降到 222、1.5 和 0.6 ppb，平均時(shí)間為 1000 秒。依賴于濕度水平的 CO 和 CO2 光熱信號(hào)通過測(cè)量的 H2O 信號(hào)進(jìn)行了很好的校準(zhǔn)。該多組分氣體傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，2小時(shí)內(nèi)信號(hào)波動(dòng)小于1.7%。
Feifan Chen, Shoulin Jiang, Hoi Lut Ho, Shoufei Gao, Yingying Wang, and Wei Jin. Frequency-Division Multiplexed Multicomponent Gas Sensing with Photothermal Spectroscopy and a Single NIR/MIR Fiber-Optic Gas Cell. Anal. Chem. 2022
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02599
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c02599
9. Anal. Chem.: 雙功能磁性 Fe3O4@Cu2O@TiO2 納米球介導(dǎo)的 PTP1B 活性雙模式測(cè)定
蛋白磷酸酶的失調(diào)與各種人類疾病和癌癥的進(jìn)展有關(guān)。在此，湖南大學(xué)杜翠翠和陳金華等人開發(fā)了一種光電化學(xué) (PEC)-石英晶體微天平 (QCM) 雙模傳感平臺(tái)，用于蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶 1B (PTP1B) 的活性測(cè)定。該平臺(tái)是基于雙功能磁性 Fe3O4@Cu2O@TiO2 納米球介導(dǎo)的光電化學(xué) (PEC) 光電流極性轉(zhuǎn)換和 QCM 信號(hào)放大策略設(shè)計(jì)的。
本文要點(diǎn)：
1）作者設(shè)計(jì)了具有半胱氨酸末端的 PTP1B 特異性磷酸肽（P-肽），并通過 Au-S 鍵將其固定在 QCM Au 芯片上。隨后，F(xiàn)e3O4@Cu2O@TiO2 納米球通過 P 肽上的磷酸基團(tuán)與 TiO2 之間的特異性相互作用與 P 肽連接。與 PTP1B 孵育后，P 肽發(fā)生去磷酸化，導(dǎo)致一些Fe3O4@Cu2O@TiO2納米球從芯片表面釋放出來。釋放的磁性Fe3O4@Cu2O@TiO2 納米球（標(biāo)記為 R-Fe3O4@Cu2O@TiO2）通過磁分離技術(shù)快速分離，并通過磁力附著在 Bi2S3 修飾的磁性氧化銦錫（Bi2S3/MITO）電極上，誘導(dǎo)電極的光電流極性從陽極電流（Bi2S3/MITO電極）切換到陰極電流（R-Fe3O4@Cu2O@TiO2Bi2S3/MITO 電極）。
2）此外，未去磷酸化的 P 肽連接Fe3O4@Cu2O@TiO2 納米球作為具有辣根過氧化物酶活性的納米酶，在 Au 芯片表面催化沉淀的形成，導(dǎo)致 QCM 的頻率發(fā)生變化。因此，由于不同的機(jī)制和獨(dú)立的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，所提出的 PEC-QCM 雙模傳感平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確可靠的 PTP1B 活性測(cè)定。此外，這種雙模式傳感平臺(tái)可以擴(kuò)展用于其他蛋白磷酸酶活性分析，在蛋白磷酸酶相關(guān)疾病的早期診斷和蛋白磷酸酶靶向藥物發(fā)現(xiàn)方面顯示出巨大潛力。
Qingqing Zhang, et al. Bifunctional Magnetic Fe3O4@Cu2O@TiO2 Nanosphere-Mediated Dual-Mode Assay of PTP1B Activity Based on Photocurrent Polarity Switching and Nanozyme-Engineered Biocatalytic Precipitation Strategies. Anal. Chem. 2022
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c01575
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c01575
10. Anal. Chem.: 基于AuNRs@end-TiO2 的MicroRNA-21 高靈敏度光電化學(xué)生物傳感器
光電化學(xué)（PEC）技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前景的生物傳感應(yīng)用手段。然而，光電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建并不容易。基于此，嘉興大學(xué)郭隆華、福州大學(xué)林振宇和復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院王利新等人先將TiO2在金納米棒（AuNRs）兩端生長(zhǎng)形成啞鈴形異質(zhì)結(jié)構(gòu)（稱為AuNRs@end-TiO2），然后通過疏水相互作用組裝在氟氧化錫（FTO）電極表面，并將碳點(diǎn) (CDs) 作為光敏劑，構(gòu)建簡(jiǎn)潔的光電化學(xué)microRNA-21生物傳感器。
本文要點(diǎn)：
1）發(fā)夾探針（HPs）通過Au-S鍵固定在AuNRs@end-TiO2修飾的FTO電極表面，CDs修飾的互補(bǔ)DNA（CDs-cDNA）作為光敏探針。在靶點(diǎn)存在的情況下，miRNA與HP雜交，觸發(fā)雙鏈特異性核酸酶切割HP與miRNA的互補(bǔ)部分，釋放miRNA，觸發(fā)另一個(gè)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。許多HP被切割，與cDNA互補(bǔ)的序列暴露出來，可以將光敏探針捕獲到電極表面，導(dǎo)致光電流增強(qiáng)。
2）光電流強(qiáng)度系統(tǒng)在 0.1 fM 至 100 pM 范圍內(nèi)與 miRNA 濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，檢測(cè)限低至 96 aM (S/N = 3)。該生物傳感器靈敏度高、選擇性好、重現(xiàn)性好，在實(shí)際樣品檢測(cè)中顯示出滿意的結(jié)果。
Jiao Yang, et al. Highly Sensitive Photoelectrochemical Biosensor for MicroRNA-21 Based on a Dumbbell-Shaped Heterostructure AuNRs@end-TiO2 Combined with Carbon Dots as Photosensitizers and Duplex-Specific Nuclease-Assisted Signal Amplification. Anal. Chem. 2022
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03230
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c03230
