1. Nature Review Chem.：DNA用于計算和數據存儲
DNA計算和DNA數據存儲技術可能有助于信息技術和診斷領域的發展提供廣闊空間，DNA計算和數據存儲能夠將DNA分子作為計算介質和信息存儲媒介，從而提供一種能夠在納米尺度進行操作，而且DNA計算和數據存儲能夠在溶液、水-油液滴、自組裝膜構筑的隔間等非常規環境，不在局限于傳統的硅基計算體系。但是目前人們仍然需要持續不斷的發展先進可靠的計算和數據存儲技術，并且能夠將信息處理和信息的存儲之間建立聯系，才能夠搭建出能夠處理和存儲分子信息的DNA計算機。有鑒于此，埃因霍芬理工大學Tom F. A. de Greef、上海交通大學樊春海院士、Stephen Mann等總結了DNA分子在計算和數據存儲領域的發展。1）總結討論了在DNA計算的體系時，如何平衡神經網絡和DNA電路問題的關系。而且討論了目前DNA數據存儲和DNA數據的讀寫、檢索、DNA編碼數據的后續再編輯等問題。2）作者討論了DNA計算如何與DNA數據存儲之間如何進行集成，并且討論了如何將DNA用于未來的近內存計算NMC(Near Memory Computing)信息技術以及健康分析應用場景。 Yang, S., B?gels, B.W.A., Wang, F. et al. DNA as a universal chemical substrate for computing and data storage. Nat Rev Chem (2024)DOI: 10.1038/s41570-024-00576-4https://www.nature.com/articles/s41570-024-00576-42. Nature Commun.：鐵催化的烯烴氟烷基烷基磺酰化反應過渡金屬催化的烯烴與鹵代烷的還原雙官能化是將日用化學品升級為密集官能化分子的有力方法。然而，超化學計量的金屬還原劑和在烯烴中安裝導向基團以抑制固有的β-H消除的要求給這類反應帶來了很大的限制。中國科學技術大學Hanmin Huang等在此證明，烯烴與兩種不同鹵代烷的雙官能化可通過自由基-陰離子中繼實現，其中Na2S2O4既作為還原劑又作為砜源。 1）Na2S2O4與電子穿梭催化劑一起對于將機理路徑轉向形成烷基砜陰離子而不是先前報道的烷基金屬中間體至關重要。2）機理研究允許識別以碳為中心的烷基自由基和以硫為中心的烷基砜自由基，它們通過捕獲或擠出SO2而處于平衡狀態，并可以通過鐵電子穿梭催化作用加速轉化為烷基砜陰離子，從而獲得觀察到的高化學選擇性。Hou, X., Liu, H. & Huang, H. Iron-catalyzed fluoroalkylative alkylsulfonylation of alkenes via radical-anion relay. Nat Commun 15, 1480 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45867-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-45867-y
3. Angew：可降解的單金屬鋁能夠作為生物調節劑以實現腫瘤細胞焦亡
細胞焦亡是一種有效的抗腫瘤策略。但迄今為止，單金屬焦亡生物調節劑仍尚未被探索。中國科學院長春應化所張洪杰院士和雷朋朋副研究員首次將可生物降解的單金屬鋁（Al）作為細胞焦亡生物調節劑，以用于腫瘤治療。1）實驗通過利用聚乙二醇-b-(聚甲基丙烯酸甲酯)-co-聚(4-乙烯基吡啶)進行包被，構建了對pH敏感的Al納米顆粒(Al@P)，其可在腫瘤部位發揮作用，而不會影響正常細胞。研究發現，Al@P在腫瘤酸性環境中釋放的H2和Al3+能夠破壞腫瘤細胞內的氧化還原平衡和離子穩態，從而產生大量的活性氧(ROS)，導致caspase-1活化、gasdermin D裂解和IL-1β/LDH釋放，以誘導經典的焦亡過程。2）與此同時，研究者也將阿霉素前藥(Pro-DOX)成功負載到Al@P(Al@P-P)上，其能夠被ROS所激活，進而在腫瘤細胞中釋放DOX，以進一步提高對腫瘤的殺傷效率。實驗結果表明，Al@P-P具有可降解性，并且能夠表現出有效的腫瘤抑制作用。 Yuan Liang. et al. Biodegradable Monometallic Aluminum as a Biotuner for Tumor Pyroptosis. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202317304https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317304
4. Angew：可編程DNA酶用于實現對核酸的靈敏檢測
生物體液中的核酸是一種新興的疾病分子診斷生物標志物。然而，由于缺乏靈敏的核酸檢測方法，因此其在臨床中的應用仍會受到很大的阻礙。有鑒于此，上海交通大學王鵬飛研究員通過合理地將具有核酸內切酶催化能力的DNA酶設計成一個統一的單鏈變構生物傳感器，開發了一種靈敏的核酸檢測方法（即SPOT）。1）一旦特定序列的核酸靶標與其變構模塊結合，SPOT就會被激活，從而實現對分子報告基因的連續切割。研究發現，SPOT能夠為檢測低豐度核酸提供一個穩健、靈敏、便捷和經濟的平臺。在臨床驗證實驗中，研究者證明了SPOT能夠檢測血清miRNA，以實現對乳腺癌、胃癌和前列腺癌的診斷。2）實驗結果表明，SPOT對來自臨床拭子的SARS-CoV-2 RNA具有良好的檢測性能，可實現較高的靈敏度和特異性。此外，SPOT也能夠與床旁檢測模式(如側流檢測)相兼容。綜上所述，該研究設計的SPOT是一種能夠用于敏感地檢測多種核酸靶點以實現臨床分子診斷的穩健方法。Chenzhi Shi. et al. A Programmable DNAzyme for the Sensitive Detection of Nucleic Acids. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202320179https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023201795. AEM：非常規（101）Zn面的織構暴露實現金屬鋅陽極上的無樹枝狀Zn沉積織構化金屬鋅陽極（MZAs）用于選擇性暴露具有高熱力學穩定性的（002）Zn平面是一種有效的無枝晶Zn電沉積方案。然而，通過表面晶體結構工程影響Zn沉積形態的基本因素還沒有得到很好理解。在此，安徽大學Hu Haibo、中國科學院微電子研究所Li Bo、哈爾濱工業大學Mo Funian通過在ZnSO4電解質中引入微量（0.01m）的茶堿，具有優先暴露（101）Zn面的MZAs可以有效促進無枝晶Zn沉積。1) 作者通過實驗結果和數學模型證實，茶堿衍生的陽離子由于較高的吸附能而優先吸附在（002）Zn晶面上，從而通過增加與Zn2+離子的結合親和力來加速其生長。2) 因此，這種現象有助于（101）Zn小面的織構暴露，以實現MZAs（101-Zn）的有序表面晶體取向，從而使電沉積/溶解循環能夠在高達40%的放電深度下超過650小時，并顯著提高101-Zn||carbon-cloth@MnO2全電池的再充電能力。該工作為MZAs的表面晶體取向和Zn沉積形態之間的科學聯系提供了深入見解，同時為實現無枝晶MZAs開辟了巨大開發機會。 Zihai Cheng, et al. Texture Exposure of Unconventional (101)Zn Facet: Enabling Dendrite-Free Zn Deposition on Metallic Zinc Anodes. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304003https://doi.org/10.1002/aenm.2023040036. AEM：電解質相關氣相演化觸發金屬鋰電化學鍍的宏觀不均勻性促進均勻的電極反應對于減輕電極過早退化和實現增強的循環穩定性至關重要。這對于在電化學循環中經歷劇烈形態變化的鋰金屬電極來說尤其重要，因為它們的失效會導致樹枝狀鋰生長和安全隱患。近日，首爾大學Kisuk Kang通過電解質相關氣相演化觸發金屬鋰電化學鍍的宏觀不均勻性。1)與電極尺寸相當的鋰電鍍過程中的宏觀不均勻性受電解質的控制，這與電解質促進納米/微米級鋰枝晶生長的傾向性無關。無論鋰枝晶的形成如何，這種電極水平的不均勻性由受電解質成分影響的氣體生成反應所引發，隨后的氣相（即氣泡）演變導致局部鋰生長。2) 實驗結果和連續體模型模擬表明，通過這些氣泡的受限鋰離子質量傳輸增加了過電位，加劇了宏觀尺度的不均勻性。對電解質相關的宏觀鋰不均勻性觀測強調了在考慮鋰沉積/剝離過程中實現均勻性控制策略時采用多尺度視角的重要性。Kyoungoh Kim, et al. Macroscale Inhomogeneity in Electrochemical Lithium-Metal Plating Triggered by Electrolyte-Dependent Gas Phase Evolution. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304396 https://doi.org/10.1002/aenm.202304396鈉離子電池（SIB）由于其低成本而受到極大關注。然而，在低溫（LT）環境中，SIB的電化學反應動力學緩慢，電極/電解質界面不穩定，鈉離子在電極材料中的擴散緩慢，導致電池性能下降。因此，合理設計電解質和電極材料對優化SIBs的LT性能具有重要意義。近日，臥龍崗大學Wang Nana、長安大學Meng Weijia綜述研究了LT-SIB的挑戰與進展。1) 作者系統總結了近年來LT-SIB電解質、陰極和陽極材料以及鈉金屬電池和固態電解質的研究進展，旨在了解LT-SIB的設計原理。2) 此外，作者還闡明了高性能SIBs在實際應用中的基礎研究和開發進展，并促進了全溫度范圍內SIBs技術的發展。 Zhongchao Bai, et al. Low-Temperature Sodium-Ion Batteries: Challenges and Progress. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303788https://doi.org/10.1002/aenm.2023037888. AEM：用絕對光致發光光譜量化鈍化寬帶隙金屬鹵化物鈣鈦礦中的非輻射復合由于非輻射復合，寬帶隙（>1.6eV）混合鹵化物鈣鈦礦在太陽能電池中往往經歷顯著的開路電壓損失。近日，埃因霍芬理工大學René A. J. Janssen研究了混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中缺陷及其鈍化對載流子非輻射復合的影響。1) 作者通過對具有和不具有電荷傳輸層的鈣鈦礦層的絕對光致發光測量來確定準費米能級分裂，并與輻射開路電壓進行比較。對于寬帶隙鈣鈦礦，原始鈣鈦礦層中存在的非輻射復合隨著帶隙的增加而增加。最顯著的損耗位于鈣鈦礦-電子傳輸層界面（ETL），可以通過不同帶隙（1.58至1.82eV）的界面鈍化將其降低到接近本征損耗的水平。2) 通過將依賴于光強度的絕對光致發光光譜與靈敏的光譜光電流測量相結合，作者發現不同鈍化劑導致不同帶隙的非輻射復合減少。這表明，獲得的開路電壓不是由于鈣鈦礦-ETL界面的能級排列改善所致。相反，鈍化可以消除鈣鈦礦半導體和ETL之間的直接接觸。Willemijn H. M. Remmerswaal, et al. Quantifying Non-Radiative Recombination in Passivated Wide-Bandgap Metal Halide Perovskites Using Absolute Photoluminescence Spectroscopy. Adv. Energy Mater. 2024 DOI: 10.1002/aenm.202303664https://doi.org/10.1002/aenm.2023036649. AEM：實驗室電催化劑與工業相關堿性水電解槽的橋接堿水電解槽（AWE）是最早、最成熟的電解水技術。然而，用于AWE的傳統雷尼鎳電催化劑正在努力滿足當前對綠色氫氣生產中更高能效和成本效益的需求。清華大學Tang Cheng、北京智慧能源技術研究院Deng Zhanfeng對實驗室電催化劑與工業相關堿性水電解槽的橋接進行了綜述研究。1) 盡管在實驗室中使用簡單的制備方法開發了許多有效的電催化材料，但它們在商業AWE應用中并沒有得到太多關注。這是由于學術界忽視了與工業AWE相關的特定操作條件、關鍵性能指標和材料成本，以及忽視了大規模電極制造工藝對催化性能的影響。因此，及時分析實驗室重點與工業要求之間的聯系，對于指導電催化劑的未來發展至關重要。2) 作者從實驗室和工業系統的操作和測試條件的差異出發，概述了電催化設備、評估方法和電極制備原理方面的差距。為了縮小這些差距，作者強調了在推進工業相關電催化劑方面的一些學術研究，并對該領域未來機遇、研究重點和挑戰進行了展望。 Ning Wang, et al. Bridging Laboratory Electrocatalysts with Industrially Relevant Alkaline Water Electrolyzers. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303451https://doi.org/10.1002/aenm.202303451
