1. Chem. Soc. Rev.：多孔材料作為有效的化學電阻式氣體傳感器化學電阻式氣體傳感器（CGS）是一種低功耗、低成本和高靈敏度的有害氣體檢測方法。這項技術的工作原理是測量材料與測試氣體相互作用時導電率的變化。雖然半導體金屬氧化物和二維（2D）材料已被用于CGS，但它們在存在干擾氣體的情況下對特定分析物的選擇性較差，并且需要高的操作溫度，導致高信噪比。然而，納米多孔材料由于其高比表面積、不飽和金屬活性以及三維互連導電和側基官能團的密度，已成為CGSs的一種有效替代品。多孔材料具有優異的響應和回收時間、顯著的選擇性以及檢測極低濃度氣體的能力。近日，印度理工學院Kolleboyina Jayaramulu、忠南大學Hi-Deok Lee對多孔材料作為有效的化學電阻式氣體傳感器進行了綜述研究。1) 作者討論了基本的傳感機制和參數，不同類型的傳感材料，以及對整個傳感過程中各種機制的關鍵解釋。作者還將多孔材料的性能與傳統的金屬氧化物半導體（MOS）和2D材料進行了比較。2) 最后，作者討論了傳感性能的未來方向、缺點和改進范圍，包括金屬-有機框架（MOFs）、共價有機框架（COFs）和多孔有機聚合物（POP）及其混合對應物的使用。總的來說，使用多孔材料的CGS具有廣泛的應用前景，包括監測水質、檢測有害化學物質、改善監測、預防自然災害和改善醫療保健。 Akashdeep Sharma, et al. Porous materials as effective chemiresistive gas sensors. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D2CS00761D2. Nature Electronics：可穿戴，實現多種觸覺觸覺反饋可以用于提高對虛擬和增強現實系統的沉浸感。然而，可穿戴觸覺設備通常提供有限的反饋，例如簡單的振動，并且被限制在可調諧頻率的窄帶寬或單個觸覺感知。鑒于此，香港城市大學于欣格、朱克寧和大連理工大學Zhaoqian Xie等人報道了一種基于致動器陣列的皮膚集成無線觸覺接口，該接口提供多模式和復雜的反饋機制。界面中的不同反饋模式——機械、電和熱——用于選擇性地激活不同的皮膚受體，為用戶提供不同的觸覺。熱電刺激用于控制皮膚上的溫度變化，從而再現皮膚和物體之間的熱感覺。該裝置的夾層結構實現了高散熱，以確保用于激活自由神經末梢或克勞斯末端燈泡的良好熱反饋。機械感覺是通過使用機械致動器產生皮膚變形來實現的，目標是帕西尼小體和魯菲尼終末感知到的深度觸摸，電刺激用于產生較淺的默克爾盤和邁斯納小體的神經活動。與單一模式相比，電可控震源和機械可控震源之間的相互作用可以提高其綜合性能，在0–250赫茲的頻率范圍內提高虛擬機械觸覺的保真度。研究人員通過全面的用戶研究，測試了開發的多模式觸覺反饋界面位于人的手腕、手臂和手掌上時的能力，并可以創建精細粗糙度、宏觀粗糙度、滑爽度和溫度的虛擬觸覺。 Huang, Y., Zhou, J., Ke, P. et al. A skin-integrated multimodal haptic interface for immersive tactile feedback. Nat Electron (2023).https://doi.org/10.1038/s41928-023-01074-z
3. Nature Commun：微通道反應器增強丙烷電催化氧化制備丙烯
丙烷氧化脫氫技術是一種具有前景解決丙烯全球需求的技術，但是丙烷氧化脫氫技術需要非常高的操作溫度，因此反應過程中在丙烷和氧氣混合過程中產生安全問題，而且提高的反應溫度增加產物過度氧化生成CO2的問題。有鑒于此，清華大學陸奇、駱廣生等在溶液相的丙烷氧化脫氫催化反應體系中設計微通道反應器，從而在室溫和溫和的反應壓力進行選擇性制備丙烯，這緩解了生產丙烷過程中面臨的安全問題，實現了優異的丙烯制備效率和丙烯產物選擇性。 1）通過這種微通道設計理念，實現了92 %的丙烯選擇性，而且丙烯的產率達到19.57 mmol mCu-2 h-1。這種優異的性能是由于Cu催化劑的表面原位生成反應活性非常高的位點用于活化丙烷。而且通過T型微通道結構產生氣體-液體的Taylor流體，這能夠增強氣體-液體界面的面積，減少擴散距離，因此增強丙烷的傳輸。2）這種微通道反應器件體系發展了一種解決氣體反應物溶解度較低體系能夠加快氣體-液體-固體體系反應的方法。Li, C., Zhang, H., Liu, W. et al. Efficient conversion of propane in a microchannel reactor at ambient conditions. Nat Commun 15, 884 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-45179-1https://www.nature.com/articles/s41467-024-45179-14. Nature Commun.：固體電解質顆粒密度對固態電池失效的影響盡管相對于鋰離子電池，固態電池（SSB）具有潛在更高的能量密度和更高的安全性，但由于鋰絲滲透固體電解質和隨后的短路而導致的故障仍然是一個關鍵問題。在此，加州大學伯克利分校Gerbrand Ceder，羅徹斯特理工學院Qingsong Howard Tu報道了相對密度超過 95% 的固體電解質顆粒中鋰絲的生長受到抑制。然而，低于這個閾值，隨著密度的增加，由于顆粒中滲透孔內的鋰絲生長更快，電池更容易短路。1）使用聚焦離子束掃描電子顯微鏡斷層掃描和滲透性測試對具有不同相對密度的 75%Li2S 25%P2S5 的微觀結構特性（例如孔徑、連通性、孔隙率和彎曲度）進行量化。2）此外，建模結果提供了尺寸為 0.2 至 2 μm 的孔隙內鋰絲生長的詳細信息。研究結果提高了對單邊帶失效模式的理解，并為無枝晶單邊帶的設計提供了指導。 Diallo, M.S., Shi, T., Zhang, Y. et al. Effect of solid-electrolyte pellet density on failure of solid-state batteries. Nat Commun 15, 858 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-45030-7https://doi.org/10.1038/s41467-024-45030-75. Nature Commun.：具有納米橋蜂窩微結構的強抗斷裂高熵合金，通過 3D 打印本質增韌通過傳統的“自上而下”工藝強化材料通常涉及通過沉淀或晶粒細化來限制位錯運動，這總是限制位錯遠離或朝向裂紋尖端的運動，從而嚴重損害其抗斷裂性。在本研究中，加州大學伯克利分校Robert O. Ritchie，新加坡國立大學Xipeng Tan報道了高熵合金Al0.5CrCoFeNi是通過激光粉末床熔融工藝生產的。1）這是一種“自下而上”的增材制造工藝，類似于大自然構建結構的方式，其微觀結構類似于納米橋蜂窩結構由面心立方 (fcc) 基體和有序體心立方 B2 相交織的六方網組成。2）雖然 B2 相與高位錯密度和固溶強化相結合，為材料提供了強度，但連接面心立方晶胞的位錯納米橋（即晶胞邊界上 B2 相之間的通道）為位錯運動提供了高速公路遠離裂紋尖端。因此，受自然啟發的微觀結構賦予材料優異的強度和韌性組合。Kumar, P., Huang, S., Cook, D.H. et al. A strong fracture-resistant high-entropy alloy with nano-bridged honeycomb microstructure intrinsically toughened by 3D-printing. Nat Commun 15, 841 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-45178-26. Nature Commun.：使用塑料前體精確增材制造輕質彈性碳 盡管聚合物、金屬和陶瓷的增材制造取得了突破性進展，但結構碳的規模化和精確生產在很大程度上仍然不發達。近日，天普大學Zhe Qiang，Ling Liu報告了一種簡單的方法，使用市售的聚丙烯前體和基于熔絲制造的工藝，生產從印刷狀態到碳化狀態尺寸收縮率非常低（小于 4%）的復雜碳材料。1）無論聚丙烯基體的交聯程度如何，都可以通過包含纖維填料來控制宏觀結構保留，從而為直接控制 3D 打印碳的密度、孔隙率和機械性能提供了顯著的優勢。2）使用相同的印刷塑料前體，可以獲得衍生碳的不同機械響應，特別是從剛性到高度可壓縮的響應。該報告利用增材制造的力量來生產具有精確控制結構和性能的碳，同時為各種應用提供了巨大的機會。Smith, P., Hu, J., Griffin, A. et al. Accurate additive manufacturing of lightweight and elastic carbons using plastic precursors. Nat Commun 15, 838 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-45211-4https://doi.org/10.1038/s41467-024-45211-47. Nature Commun.：受面具啟發的透濕且耐用的熱致變色鈣鈦礦智能窗熱致變色鈣鈦礦智能窗（TPW）是一種尖端的節能窗戶技術。然而，與大多數基于鈣鈦礦的器件一樣，與濕度相關的退化限制了它們的廣泛應用。在此，香港城市大學Chi Yan Tso，香港科技大學Baoling Huang受醫用口罩結構的啟發，開發了一種獨特的三層熱致變色鈣鈦礦窗（MTPW），該窗能夠實現足夠的水蒸氣傳輸以觸發熱致變色，同時有效地排斥有害的水和濕氣以延長其使用壽命。1）MTPW表現出超疏水性，在45天的老化測試中，太陽能調制能力保持在20%以上，衰減率比原始TPW低37倍。2）它還可以固定鉛離子，顯著減少鉛泄漏66倍。此外，霧度從 90% 顯著降低至 30%，克服了 TPW 的模糊問題。3）受益于改進的光學性能、延長的使用壽命、抑制鉛泄漏和易于制造，MTPW推動了智能窗在綠色建筑中的廣泛應用。 Liu, S., Li, Y., Wang, Y. et al. Mask-inspired moisture-transmitting and durable thermochromic perovskite smart windows. Nat Commun 15, 876 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-45047-y8. Nature Commun.：具有改進的界面粘合性的防水和超柔性有機光伏器件超柔性有機光伏因其可拉伸性和輕質性而成為可穿戴電子設備的潛在電源。然而，在不損害機械柔性和一致性的情況下對超柔性有機光伏電池進行防水處理仍然具有挑戰性。東京大學Takao Someya和Kenjiro Fukuda等通過原位生長空穴傳輸層來增強活性層和陽極之間的界面粘合力，展示了防水和超柔性有機光伏電池。 1）具體而言，銀電極直接沉積在活性層的頂部，隨后進行熱退火處理。與常規順序沉積的空穴傳輸層相比，原位生長的空穴傳輸層在活性層之間表現出更高的熱力學粘附力，導致更好的防水性。在水中浸泡4小時和在水下30%應變下進行300次拉伸/釋放循環后，所制造的3個微米厚的有機光伏器件分別保持了89%和96%的原始性能。2）此外，這種超柔性設備能夠在如此薄的封裝層下經受機洗測試，這是從未報道過的。最后，作者證明了實現防水太陽能電池的策略的普遍性。Xiong, S., Fukuda, K., Nakano, K. et al. Waterproof and ultraflexible organic photovoltaics with improved interface adhesion. Nat Commun 15, 681 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-44878-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-44878-z智能時代的到來促使了智能設備的突破性發展，這增加了對能源供應設備應用的要求。近日，北京理工大學陳人杰、Huang Yongxin對為未來供電的智能電池進行了綜述研究。1) 盡管鋰離子電池可用于商業應用，但其電化學性能和適應性仍然受到固有材料缺陷和復雜技術創新的限制。面對以信息技術和人工智能為代表的第四次工業革命，基于這些顛覆性材料和技術，可以構建出電化學性能優越、可靠性突出的新型電池。智能概念已被引入電池的設計和管理中。2) 作者明確定義和討論了“智能電池”的含義，并根據其功能特征的智能特征將其分為三代。同時，作者對智能電池的作用機制和應用原理進行了闡述，以提供全面的了解。此外，作者對智能電池在實際發展中面臨的問題提出了可行意見，以促進電池的可持續性。 Qianqian Meng, et al. Smart batteries for powering the future. Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.011https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.011
10. AM：DNA/上轉換納米顆粒復合物用于可控共遞送CRISPR-Cas9和光動力制劑以實現癌癥協同治療
光動力療法(PDT)需要通過光照射激發光敏劑(PS)以產生活性氧(ROS)，其在腫瘤微環境乏氧、癌細胞的抗氧化反應以及光對組織的穿透性有限等方面仍面臨著嚴峻的挑戰。有鑒于此，天津大學姚池教授、仰大勇教授和上海交通大學劉培峰教授開發了一種多功能DNA/上轉換納米顆粒(UCNPs)復合物，該復合物能夠可控地共遞送CRISPR-Cas9、血紅素和原卟啉(PP)，以實現協同PDT。 1）實驗通過滾環擴增(RCA)技術制備了超長單鏈DNA(ssDNA)，其中包含用于負載Cas9核糖核蛋白(RNP)的單向導RNA(sgRNA)識別序列、用于負載hemin和PP的G-四聯體序列以及用于結合UCNP的連接序列。研究發現，Cas9 RNP能夠切割抗氧化調節器核因子E2相關因子2(Nrf2)，提高癌細胞對ROS的敏感性，從而增強協同PDT效應。2）G-四聯體/血紅素DNA酶能夠模擬辣根過氧化物酶(HRP)活性，催化內源性H2O2轉化為O2，以克服腫瘤的乏氧微環境。此外，引入的UCNP也能夠將穿透深層組織的近紅外光轉換為波長較短的光，從而激發PP將豐富的O2轉化為1O2。基因編輯和PDT的聯合作用能夠使得癌細胞中大量積累1O2，從而顯著增強癌細胞凋亡。實驗結果表明，該研究設計的協同PDT策略能夠在乳腺癌小鼠模型中表現出顯著的治療效果。Nachuan Song. et al. A DNA/Upconversion Nanoparticle Complex Enables Controlled Co-Delivery of CRISPR-Cas9 and Photodynamic Agents for Synergistic Cancer Therapy. Advanced Materials. 2024DOI: 10.1002/adma.202309534https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20230953411. AFM：一種新型3D打印雙層顱骨腦補片促進腦損傷修復和骨組織再生創傷性腦損傷（TBI）被公認為世界上最嚴重的公共衛生問題，目前缺乏有效的治療選擇。無論是用作顱骨植入材料還是TBI修復，該貼片的開發都具有重要的臨床意義。為了應對這一關鍵的健康挑戰，暨南大學郭瑞等研究人員開發了一種具有雙重功能的新型3D打印雙層顱骨腦補片（SMB6），可同時解決腦外傷修復和顱骨再生問題。1）在第一層中，摻入高濃度的介孔生物活性玻璃納米顆粒建立了骨再生的微環境。同時，第二層由甲基丙烯酸絲素蛋白水凝膠組成，為負載巨噬細胞集落刺激因子和白細胞介素-6的納米細胞膜囊泡提供了必要的機械支持。這一創新設計旨在阻斷繼發性腦損傷的級聯反應。2）在TBI的實驗模型中，SMB6在抑制腦水腫、對血管、神經和炎癥發揮治療作用方面表現出顯著療效。此外，在顱骨缺損模型中觀察到促進骨再生的有希望的結果。這項工作不僅為TBI相關疾病提供了一種潛在的治療貼片，而且為顱骨貼片的臨床轉化提供了新的見解。 L. Zhou, et al, A Novel 3D-Printed Bi-Layer Cranial-Brain Patch Promotes Brain Injury Repair and Bone Tissue Regeneration. Adv. Funct. Mater. 2024, 2314330.https://doi.org/10.1002/adfm.20231433012. AFM：硒蛋白調節水凝膠超聲控制微環境重塑促進骨缺損修復活性氧（ROS）水平異常和骨缺損內的缺氧微環境是阻礙骨修復過程的重要因素。南方醫科大學劉紅梅、暨南大學陳填烽等人提出了一種創新的超聲可調節水凝膠平臺，該平臺具有硒蛋白介導的抗氧化作用，可促進骨損傷修復。 1）這種水凝膠平臺將富含硒的薄殼硅封裝在甲基丙烯酸酯明膠（O2-PSSG）中。由此產生的構建體協調了骨缺損微環境的調節，從而加快了骨再生的進程。超聲（US）用于調節水凝膠的孔徑，以釋放含硒納米顆粒，并促進有效的細胞內硒蛋白的原位合成和過氧化氫消耗。正如預期的那樣，O2-PSSG在US控制下快速釋放硒代胱氨酸（[Sec]2），以清除活性氧并維持骨髓間充質干細胞（BMSCs）的穩態。2）隨著時間的推移，硒蛋白對該系統的作用增加了Wnt/β-catenin通路的激活，并促進BMSCs的分化。因此，在大鼠模型中，O2-PSSG在體外和體內增強BMSCs的抗氧化能力，緩解缺氧環境，促進成骨分化，并加速顱骨修復。總之，本研究表明，設計和構建的US響應性抗氧化水凝膠是解決骨缺損和促進骨再生的一種有前途的前瞻性策略。R. Xu, et al, Selenoprotein-Regulated Hydrogel for Ultrasound-Controlled Microenvironment Remodeling to Promote Bone Defect Repair. Adv. Funct. Mater. 2024, 2313122.https://doi.org/10.1002/adfm.202313122
