引言
近日，芝加哥大學同一天在Science發表三篇論文。這些研究涵蓋了生物電子設備、光電材料及微生物生態研究。具體而言，包括水凝膠與聚合物半導體的結合、新型膠體量子點的合成方法以及腸道微生物的基因轉移機制。水凝膠是一種具有與生物組織相似的機械性能和化學性質的材料，因其高水含量和良好的生物相容性而廣泛應用于生物醫學、組織工程和藥物遞送等領域。與傳統的聚合物材料相比，水凝膠不僅能夠保持水分，還具備優異的柔韌性和可塑性。然而，水凝膠在賦予半導體功能方面存在挑戰，因為大多數聚合物半導體在水中的溶解性較低，這限制了它們在生物應用中的潛力。 為此，芝加哥大學王思泓課題組在水凝膠和半導體聚合物復合材料的研究中取得了新進展。該團隊開發了一種新型的溶劑親和力誘導組裝方法，將不溶于水的聚合物半導體整合到雙網絡水凝膠中。通過這一創新方法，研究人員實現了將聚合物半導體p(g2T-T)與水凝膠形成單體丙烯酸結合，從而在紫外光下交聯形成雙網絡結構。經過水的溶劑置換，這種新型半導體水凝膠不僅保持了高的載流子遷移率（高達1.4平方厘米每伏每秒），還具有與組織相近的模量（軟至81千帕），并表現出150%的可拉伸性。這種具有生物相容性的半導體水凝膠在與生物組織接觸時，其組織級模量能夠顯著減輕免疫反應。此外，高孔隙率的水凝膠增強了半導體與生物流體界面上的分子互動，使得光調節的響應性提高，同時體積生物傳感的靈敏度也得到了顯著改善。該研究成果為開發新型的生物電子設備和傳感器奠定了基礎，展現了水凝膠和半導體材料結合的廣闊前景。 膠體量子點是具有可調節光電特性的納米材料，因其在光電子器件、太陽能電池和生物成像等領域的廣泛應用，近年來成為研究熱點。然而，重要的III-V族半導體（如膠體砷化鎵GaAs）的合成仍然面臨許多挑戰，現有的方法難以滿足高質量和高效率的需求。尤其是，傳統合成技術在高溫下的操作受限，限制了材料性能的提升。因此，科學家們迫切需要新的合成方法來解決這些問題。 為此，芝加哥大學Dmitri Talapin研究團隊提出了一種高溫熔鹽膠體合成的新策略，通過利用熔鹽的氧化還原化學以及表面活性劑添加劑，成功實現了在熔融無機鹽中直接成核和生長膠體量子點。該方法的關鍵在于能夠在超過425°C的高溫下進行合成，這一條件對于實現光致發光GaAs量子點至關重要。研究表明，這種新穎的合成方法不僅克服了傳統技術的限制，還成功制備出近12種以前未報道的III-V固溶體納米晶復合物，拓展了材料的設計和應用范圍。在熔鹽溶劑中控制氧化還原電位對III-V族納米晶轉化的重要性擬桿菌屬是腸道微生物組中重要的細菌綱，因其在腸道中的高密度定殖和與宿主的相互作用而成為研究熱點。然而，擬桿菌屬中的細菌相互作用機制復雜，尤其是其基因轉移和拮抗機制尚不完全理解，這給揭示其在微生物生態和宿主健康中的作用帶來了挑戰。為此，芝加哥大學Laurie E. Comstock教授團隊開展了對擬桿菌屬的深入研究，特別是其第六型分泌系統（T6SS）及其與移動遺傳元件（ICE）的關系。研究表明，B. fragilis通過T6SS和共軛DNA轉移進行競爭和防御，其中GA1、GA2和GA3是主要的T6SS位點。Sheahan等人發現，GA3的表達受到攜帶GA1基因的ICE的抑制，這一抑制作用是通過ICE編碼的轉錄調節因子實現的。這一發現揭示了ICE在調節擬桿菌屬間相互作用中的重要作用，并暗示了ICE對宿主適應度的影響。盡管GA3的T6SS被抑制，ICE的獲得卻顯著提高了B. fragilis的適應度，使其能夠進行共同防御。這一研究結果不僅為理解擬桿菌屬的生態相互作用提供了新視角，也為探討微生物群落在健康與疾病中的角色奠定了基礎。 GA1 ICE的獲取關閉了B. fragilis GA3 T6SS的發射及其對抗能力
【參考文獻】
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