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納米前沿頂刊日報20181221

納米人納米人 2018-12-21

1.麻省理工Science：收縮凝膠實現納米材料三維組裝！

3D打印技術雖然已經能適用于大量材料，但是實現納米尺度的精確控制依然并非易事。麻省理工學院的Edward S. Boyden團隊及其合作者發展了一種全新的三維納米加工策略，利用可收縮的凝膠實現了多功能的三維納米制造。研究人員首先通過光學方法對聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺水凝膠進行三維圖案化處理，然后引入金屬、半導體、生物分子等功能材料，最后經過脫水處理，體積縮小10倍后得到納米尺度的三維組裝體。

Oran D, Rodriques S G, Tillberg P W, et al.3D nanofabrication by volumetric deposition and controlled shrinkage ofpatterned scaffolds[J]. Science, 2018.

DOI: 10.1126/science.aau5119

http://science.sciencemag.org/content/362/6420/1281

2.普渡大學Science：220℃還能導電，這個高分子材料不簡單！

半導體高分子材料中，電荷載流子以跳躍輸運的方式進行移動。原則上來說，這些高分子在高溫條件下的導電性更好，而實際上，在高溫條件下相互接觸的高分子鏈被破壞，從而導致導電性的急劇下降。近日，美國普渡大學Jianguo Mei和Brett M. Savoie團隊發現，在半導體化高分子中混入一種具有高玻璃化轉變溫度的絕緣高分子材料，可以形成穩定的半導體通道網絡，即便是在220℃，該材料可以保持高導電性。

Gumyusenge A, Savoie B M, Mei J, et al.Semiconducting polymer blends that exhibit stable charge transport at high temperatures[J]. Science, 2018.

DOI: 10.1126/science.aau0759

http://science.sciencemag.org/content/362/6419/1131

3. 錫拉丘茲大學Nat. Biotechnol.：利用生物納米孔在單分子分辨率下實時測量蛋白質相互作用

蛋白質間的相互作用(PPIs)在許多細胞過程中是必不可少的。然而，現有的方法難以在高通量或復雜的生物流體中測量瞬時的PPIs。Thakur等人設計了一種基于遺傳編碼的傳感器用于在單分子的分辨率下對瞬態PPIs進行實時采樣。這種傳感器由一個外膜蛋白孔、一個柔性系鏈、一個蛋白受體和一個肽適配器組成。當溶液中發生蛋白質配體與受體結合時，受體被配體捕獲和再次釋放可以產生轉換電流從而來被測量。實驗證明在含有胎牛血清的樣本中，該傳感器可以對蛋白質配體和受體之間的結合/釋放加以鑒別。這種選擇性納米孔傳感器可以用于單分子蛋白質檢測來作為納米蛋白質組學平臺研究的基礎，也可以用于構建蛋白質圖譜和發現生物標志物的工具。

Thakur A K & Movileanu L. Real-time measurement of protein–protein interactions at single-molecule resolution using abiological nanopore[J]. Nature Biotechnology, 2018.

DOI: 10.1038/nbt.4316

https://www.nature.com/articles/nbt.4316

4. Nat. Commun.：近紅外熒光相關光譜法檢測人血液中的藥物納米載體

通過納米載體進行給藥是一種很有前途的疾病治療方法。然而在血液中，由于載體會與蛋白質發生相互作用，導致其聚集、分解或過早地丟失貨物。因此，需要對血液中的藥物納米載體進行精確的原位表征。Negwer等人介紹了一種測定水溶液中藥物納米載體的尺寸、負載效率和穩定性的方法——熒光相關光譜法。該方法對流動血液中藥物納米載體的性質進行直接表征。由于血液對可見光不透明且細胞密度大，實驗用近紅外熒光染料標記納米載體或其所載的貨物，并將實驗自相關函數與血細胞存在時的分析模型進行擬合。結果證明該方法有助于定量了解納米載體給藥治療在體內的行為。

Negwer I, Best A, et al. Monitoring drug nanocarriers in humanblood by near-infrared fluorescence correlation spectroscopy[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07755-0

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07755-0

5. Nat. Commun.：利用癌癥基因組圖譜對轉錄代謝失調進行泛癌癥分析

了解不同疾病環境下的代謝失調對于在臨床安全有效地進行代謝靶向療法至關重要。Rosario等人利用來自癌癥基因組圖譜的10,704個腫瘤和正常樣本的轉錄組數據提出了一個新的生物信息學路徑，發現根據114個代謝通路的基因表達差異可以將腫瘤與正常組織區分開來。實驗在不同的患者群體中證實了這種方法的實用和有效性，并對其生物學意義進行了評估。實驗證明這一工具可以用于了解癌癥特異性代謝失調的特點和代謝通量的模式。這一研究表明，掌握代謝轉錄調控因子可以幫助解釋代謝差異存在的原因，進而用于對不同代謝靶向療法的反應進行有效預測。

Rosario S R, Long M D, et al. Pan-cancer analysis oftranscriptional metabolic dysregulation using The Cancer Genome Atlas[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07232-8

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07232-8

6. Nat. Commun.：單晶鈣鈦礦場效應晶體管

有機-無機雜化鈣鈦礦作為一種新興材料，已經在光伏，光探測和光發射等領域大展拳腳。然而，基于鈣鈦礦的場效應晶體管卻鮮有報道。晶體管的橫向和界面傳輸要求，使其特別容易受到多晶薄膜和單晶的表面污染和缺陷的影響。Yu等人報道一種空間限制的逆溫度結晶的策略，該策略合成了MAPbX₃（X = Cl，Br，I）鈣鈦礦的微米級單晶，并具有亞納米表面粗糙度和非常低的表面污染。這有利于將MAPbX₃晶體集成到雙極晶體管中，并在p和n通道器件中產生高達4.7和1.5 cm² V^-1s^-1的室溫場效應遷移率和低導通電壓，同時開關比可達10⁴到10⁵。這項工作為將混合鈣鈦礦晶體整合到印刷，柔性和透明電子器件中提供了新思路。

Yu W, et al. Single crystal hybrid perovskite field-effect transistors[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07706-9

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07706-9

7.澳大利亞國立大學Sci. Adv.：24.1%效率，高效鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池

提高硅（Si）光伏器件的功率轉換效率是降低太陽能發電成本的關鍵因素。Shen等人設計出一種雙端鈣鈦礦/Si疊層太陽能電池。通過將鈣鈦礦電池直接放置在Si底部電池的頂部，以增加Si電池的方式輸出。研究人員制備了同質結和鈍化接觸異質結的鈣鈦礦/Si疊層太陽能電池，并通過減少器件中其他地方的光學損耗，分別獲得了22.9％和24.1％的效率。該研究突出了新興鈣鈦礦光伏發電的潛力，通過與商業化的Si太陽能電池的直接集成，以實現低成本，高效率的疊層太陽能器件。

Shen H, et al. In situ recombination junctionbetween p-Si and TiO₂ enables high-efficiency monolithic perovskite/Si tandem cells[J]. Science Advances, 2018.

DOI: 10.1126/sciadv.aau9711

http://advances.sciencemag.org/content/advances/4/12/eaau9711.full.pdf

8. 廈門大學Chem：分子電子器件的尺寸極限新突破！

分子電子器件作為未來器件小型化的可能技術路線，有望打破半導體工業一直遵循的基于“摩爾定律”所設定的發展藍圖。分子電子器件中由隧穿漏電流所制約的尺寸極限也就成為了該技術未來發展所需要探索的關鍵問題之一。廈門大學洪文晶團隊及其合作者基于機械可控裂結技術，自主開發了具有飛安級電學測量和亞納米級位移控制靈敏度的科學儀器，在國際上首次獲取了一系列具有不同重復單元的寡聚苯乙炔類分子電導隨電極間距的演變關系，并發現隨著電極間距的縮小，器件電輸運由通過分子器件電流占主導逐步轉變到由隧穿漏電流占主導。對于本研究中具有最小尺寸的寡聚苯乙炔分子器件，其由于隧穿漏電流所制約的尺寸極限可小至0.66 nm，預示了有機分子器件在未來電子器件小型化方面具有重要的應用潛力。