1. Nature Photonics：光學(xué)鑷子聲子激光器
聲子激光器是普遍存在的光學(xué)激光器的類似物，并且其已經(jīng)在各種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。然而，對于介觀懸浮光機(jī)械系統(tǒng)還沒有相關(guān)報(bào)道，并且這些系統(tǒng)正在成為量子力學(xué)和重力的基本測試的重要平臺，以及發(fā)展為機(jī)械運(yùn)動耦合到電子自旋和電荷的傳感模式。受到Arthur Ashkin在光學(xué)鑷子方面的開創(chuàng)性工作的啟發(fā)，近日，A. Nick Vamivakas等人引入了一種基于二氧化硅納米球的質(zhì)心振蕩的介觀頻率可調(diào)聲子激光器，該二氧化硅納米球在真空下懸浮在光學(xué)鑷子中。與先前懸浮的實(shí)現(xiàn)不同，A.Nick Vamivakas等人的方案通常用于單電子，液滴甚至小生物有機(jī)體。因此，A.Nick Vamivakas等人的器件可以應(yīng)用在量子力學(xué)的基本問題以及精密計(jì)量的任務(wù)。
Pettit, R. M. et al. An optical tweezer phonon laser. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0395-5
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0395-5
2. Nature Photonics：非線性手性谷光子與Au-WS2超表面的相干控制
二維過渡金屬二硫化物（TMDC）在K和K'谷處呈現(xiàn)出特別的非線性和直接帶隙。這些谷可以通過例如具有自旋相關(guān)光致發(fā)光的等離子體-谷-激子耦合來光學(xué)操縱。然而，泵浦和發(fā)射之間的弱相干使得探索基于TMDC的非線性谷電器件具有挑戰(zhàn)性。
近日，Cheng-Wei Qiu、Peixiang Lu和Kai Wang展示了纏繞光的相位和旋轉(zhuǎn)的超表面，可以同時(shí)增強(qiáng)和操縱室溫下單層二硫化鎢（WS2）非線性鎖谷手性發(fā)射。由光（金（Au）超表面賦予的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的幾何相位）通過光進(jìn)入和相干泵浦的二次諧波谷光子被分離并在自由空間中被路由到預(yù)定方向。此外，研究人員設(shè)計(jì)的超表面中WS2的臨界自旋谷鎖定非線性選擇規(guī)則，與入射光具有相同自旋的非線性光子被引導(dǎo)。研究人員合成的TMDC-表面界面可以促進(jìn)先進(jìn)的室溫和自由空間非線性，量子和谷電子納米器件的發(fā)展。
Hu, G. et al. Coherent steering of nonlinearchiral valley photons with a synthetic Au-WS2 metasurface. Nature Photonics, 2019.
DOI:10.1038/s41566-019-0399-1
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0399-1
3. Nature Mater.：金屬-聚合物混合納米材料用于超快氫氣檢測
氫氣-空氣混合物極易燃燒。因此，氫氣傳感器在進(jìn)行混合氣體泄漏檢測過程中顯得至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的解決方案并沒有達(dá)到使用者設(shè)定的嚴(yán)格性能目標(biāo)，并且由于一氧化碳等導(dǎo)致的傳感器失效也是一個(gè)尚未得到解決的難題。有鑒于此，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)Ferry A. A.Nugroho和Christoph Langhammer等人提出了等離子體金屬-聚合物混合納米材料的概念，用于解決這一難題。研究發(fā)現(xiàn)，表面的聚合物涂層可以有效降低氫氣進(jìn)出等離子體納米顆粒的表觀活化能，從而成功抑制傳感器失效。同時(shí)抑制了氫氣的吸附滯后現(xiàn)象，提高了傳感器的檢測極限，使得亞秒級傳感器響應(yīng)成為可能。
FerryA. A. Nugroho*, Iwan Darmadi, Lucy Cusinato, Arturo Susarrey-Arce, HermanSchreuders, Lars J. Bannenberg, Alice Bastos da Silva Fanta, ShimaKadkhodazadeh, Jakob B. Wagner, Tomasz J. Antosiewicz, Anders Hellman, VladimirP. Zhdanov, Bernard Dam & Christoph Langhammer*. Metal–polymer hybrid nanomaterials for plasmonic ultrafast hydrogendetection. Nature Materials, 2019.
DOI:10.1038/s41563-019-0325-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0325-4
4. Nature Catal.：生物酶催化甲烷制甲醇！
甲烷單加氧酶(MMO)是一種工業(yè)應(yīng)用前景廣闊的酶，它以顆粒狀(pMMO)或可溶性形式(sMMO)存在于甲烷氧化菌中，可以催化低反應(yīng)性甲烷和其他碳原料氧化成甲醇以及其相應(yīng)的氧化產(chǎn)物。然而，具有功能活性MMO的簡單、快速、高產(chǎn)量的生產(chǎn)仍然是其工業(yè)應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)。有鑒于此，韓國高麗大學(xué)Jeewon Lee等人通過基因編碼pMMO催化結(jié)構(gòu)域在去鐵鐵蛋白作為生物合成支架上的重組，開發(fā)了pMMO-模擬催化蛋白結(jié)構(gòu)。該方法在大腸桿菌中高效合成了穩(wěn)定的可溶性蛋白結(jié)構(gòu)，并成功地保留了用于甲醇生產(chǎn)的酶活性，其轉(zhuǎn)換數(shù)可與天然pMMO相媲美。
Hyun Jin Kim, June Huh, Young Wan Kwon,Donghyun Park, Yeonhwa Yu, Young Eun Jang, Bo-Ram Lee, Eunji Jo, Eun Jung Lee,Yunseok Heo, Weontae Lee & Jeewon Lee. Biological conversion of methane tomethanol through genetic reassembly of native catalytic domains. Nature Catalysis, 2019.
DOI: 10.1038/s41929-019-0255-1
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0255-1
5. Natue Commun.：優(yōu)于Pt的陰極材料，用于堿性聚合物電解質(zhì)燃料電池
堿性聚合物電解質(zhì)燃料電池是一類燃料電池，其能夠使用非貴金屬催化劑，特別是用于陰極處的氧還原反應(yīng)。但目前在燃料電池測試中沒有一種材料優(yōu)于Pt。武漢大學(xué)Lin Zhuang，Li Xiao聯(lián)合康奈爾大學(xué)Héctor D. Abru?a報(bào)道了一種Mn-Co尖晶石陰極材料，它可以在高電流密度下提供比Pt陰極更大的功率。在60 ℃下在2.5A cm-2下，基于Mn-Co陰極的電池的功率密度達(dá)到1.1 W cm-2，而且，該催化劑在低濕度下優(yōu)于Pt。研究表明，優(yōu)異的性能源于協(xié)同效應(yīng)，其中Mn位點(diǎn)結(jié)合O2并且Co位點(diǎn)激活H2O，從而促進(jìn)質(zhì)子偶聯(lián)的電子轉(zhuǎn)移過程。這種電催化協(xié)同作用對于高速氧還原是關(guān)鍵的，特別是在低濕度條件下。
Wang, Y.; Yang, Y.; Jia, S.; Wang, X.; Lyu,K.; Peng, Y.; Zheng, H.; Wei, X.; Ren, H.; Xiao, L.; Wang, J.; Muller, D. A.;Abru?a, H. D.; Hwang, B. J.; Lu, J.; Zhuang, L. Synergistic Mn-Co catalystoutperforms Pt on high-rate oxygen reduction for alkaline polymer electrolytefuel cells. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09503-4
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09503-4
6. Nature Commun.：下一代陶瓷燃料電池的設(shè)計(jì)
陶瓷燃料電池可提供清潔高效的電力生產(chǎn)方式。然而，便攜式小型化電池仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。近日，Kang Li等人展示了“微單片”陶瓷電池設(shè)計(jì)的概念。研究人員通過實(shí)時(shí)同步加速器X射線衍射計(jì)算機(jī)斷層掃描對該設(shè)計(jì)的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行了全面研究，表明其具有出色的熱循環(huán)穩(wěn)定性。成功的小型化使得在800°C時(shí)具有1.27 W cm-2的出色的功率密度，這是目前為止報(bào)道中的最高值。這種整體設(shè)計(jì)結(jié)合了機(jī)械完整性和電化學(xué)性能，從而提高了機(jī)械性能，是便攜式陶瓷燃料電池商業(yè)化發(fā)展的重要一步。
Li, T. et al. Designof next-generation ceramic fuel cells and real-timecharacterization with synchrotron X-ray diffractioncomputed tomography. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-09427-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09427-z
7. Nature Commun.：樹葉啟發(fā)光驅(qū)動凈水生產(chǎn)
天然維管植物葉片依賴于滲透壓，蒸騰和內(nèi)臟的差異，以產(chǎn)生大量由陽光驅(qū)動的清潔水。受此啟發(fā)，清華大學(xué)Liangti Qu, Tianbao Ma和 Chun Li等人報(bào)告了一種用于高效水凈化和生產(chǎn)的陽光驅(qū)動凈化器。這種陽光驅(qū)動的凈化器的特征在于負(fù)溫度響應(yīng)聚（N-異丙基丙烯酰胺）水凝膠（PN）錨定在超親水三聚氰胺泡沫骨架上，并且一層PNIPAm改性石墨烯（PG）濾膜涂在其表面。結(jié)果表明，相對剛性的三聚氰胺骨架的超親水性顯著加速了PNPG-F凈化器的膨脹/消溶脹速率。在一個(gè)太陽下，這種合理的工程結(jié)構(gòu)提供了4.2 kg m-2 h-1的收集，并且從鹽水進(jìn)料中獲得單個(gè)PNPG-F的離子排斥率>99％。
Geng, H.;Xu, Q.; Wu, M.; Ma, H.; Zhang, P.; Gao, T.; Qu, L.; Ma, T.; Li, C. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09535-w
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09535-w
8. Nature Commun.：基于納米銀激發(fā)鄰苯二酚的超強(qiáng)粘附水凝膠
粘附水凝膠可粘附與組織表面，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中已經(jīng)取得實(shí)際應(yīng)用。然而，大多數(shù)粘附水凝膠不具有長期和可重復(fù)的粘附能力。此外，傳統(tǒng)的粘附水凝膠通常表現(xiàn)出差的機(jī)械性能，并且不具備抗菌能力。因此研制一種具有超強(qiáng)力學(xué)性能、抗菌性能、良好生物相容性兼具的粘附水凝膠仍面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
針對以上問題，西南交通大學(xué)魯雄教授課題組受植物粘附的啟發(fā)，基于Ag-木質(zhì)素納米粒子（NPs）觸發(fā)動態(tài)氧化還原兒茶酚化學(xué)，開發(fā)了堅(jiān)韌、抗菌的粘附水凝膠。
本文要點(diǎn)：
（1）NPs可以產(chǎn)生自由基引發(fā)單體聚合（圖1），并可維持水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的醌基-兒茶酚基團(tuán)的氧化還原平衡（圖2a, b）。
（2）水凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能（圖3a）。
（3）其次，水凝膠具有持久、可重復(fù)的粘附性（圖3b）。
（4）植物啟發(fā)的NPs水凝膠表現(xiàn)出良好的細(xì)胞親和力和組織粘附性。
（5）水凝膠具有抗感染能力，特別適用于皮膚傷口修復(fù)。
圖1植物設(shè)計(jì)策略為基于兒茶酚化學(xué)的粘附，堅(jiān)韌和抗菌NPs-P-PAA水凝膠。
圖2 NPs-P-PAA水凝膠優(yōu)異的拉伸性能和粘附能力。
圖3 NPs-P-PAA水凝膠優(yōu)異的抗菌性能。
Donglin Gan, Wensi Xing, Lili Jiang, Ju Fang,Cancan Zhao, Fuzeng Ren, Liming Fang, Kefeng Wang, Xiong Lu. Plant-inspiredadhesive and tough hydrogel based on Ag-Lignin nanoparticles-triggered dynamicredox catechol chemistry. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09351-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09351-2
9. Nature Commun.：基于石墨烯的自由基場效應(yīng)晶體管傳感器
由于超高的反應(yīng)活性，用場效應(yīng)晶體管(FET)傳感器直接檢測自由基，尤其是超短壽命的羥基自由基（?OH）具有挑戰(zhàn)，這使得理解自由基在生理學(xué)和病理學(xué)過程扮演的角色變得困難。近日，復(fù)旦大學(xué)魏大程團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種帶有金屬離子指示劑功能化石墨烯通道的?OH FET傳感器。在電解液/石墨烯界面，高反應(yīng)活性的?OH使得金屬離子釋放，產(chǎn)生響應(yīng)電流，?OH檢測限可達(dá)10?9M。定量的金屬離子摻雜可以調(diào)節(jié)器件的靈敏度，并對水溶液或活細(xì)胞中生成的?OH進(jìn)行準(zhǔn)定量檢測。該FET傳感器具有高靈敏度、高選擇性、實(shí)時(shí)無標(biāo)記響應(yīng)、高準(zhǔn)定量檢測性能和便于攜帶的特點(diǎn)，在生物學(xué)研究、人體健康、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
Zhen Wang, Kongyang Yi, Dacheng Wei*, et al.Free radical sensors based on inner-cutting graphene field-effecttransistors. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09573-4
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09573-4
10. NatureCommun.：鈣鈦礦太陽能電池中光增強(qiáng)和負(fù)電容的起源
在分析鈣鈦礦太陽能電池的頻率相關(guān)阻抗時(shí)，負(fù)電容似乎仍然是一個(gè)模糊的特征。它屬于由這類半導(dǎo)體的混合離子-電子傳導(dǎo)性引起的令人費(fèi)解的特性之一。 近日，Wolfgang Tress等人指出：在相應(yīng)的電荷累積意義上，高的電容（正和負(fù)）與任何電容特征無關(guān)。相反，它們是緩慢瞬變的自然結(jié)果，主要是在改變電壓時(shí)離子位移時(shí)二極管的正向電流。瞬態(tài)電流導(dǎo)致正或負(fù)“電容”取決于其梯度的信號?！半娙荨笨雌饋砣绱酥?，是因?yàn)楫?dāng)考慮電阻器電容器元件時(shí)，相關(guān)的電阻是由另一個(gè)物理過程產(chǎn)生的，即改進(jìn)的電子電荷注入和傳輸。它是與電流-電壓曲線中的滯后相關(guān)，是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，在各種器件可觀察到。
Ebadi, F. et al. Origin of apparent light-enhanced and negativecapacitance in perovskite solar cells. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09079-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09079-z
11. AM：光熱治療會促進(jìn)CAR - T細(xì)胞的抗腫瘤活性
嵌合抗原受體(CAR)的重定向T淋巴細(xì)胞(CAR T細(xì)胞)在治療實(shí)體腫瘤時(shí)具有很好的效果。但是腫瘤具有的促結(jié)締組織增生的結(jié)構(gòu)和免疫抑制微環(huán)境會導(dǎo)致實(shí)體腫瘤中CAR T細(xì)胞治療效率降低。而輕度的熱療則可以降低腫瘤的致密結(jié)構(gòu)和間質(zhì)液壓力，增加血液灌注并釋放抗原，有效促進(jìn)對腫瘤對內(nèi)源性免疫細(xì)胞的“募集”。
加州大學(xué)顧臻教授團(tuán)隊(duì)和北卡羅來納大學(xué)Gianpietro Dotti教授團(tuán)隊(duì)合作，將輕度熱療與CAR T細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)移相結(jié)合去提高這些細(xì)胞在實(shí)體腫瘤中的治療效果。結(jié)果表明經(jīng)過光熱治療后，在人類WM115黑色素瘤細(xì)胞移植的Nod小鼠體內(nèi)的硫酸軟骨素蛋白聚糖-4 (CSPG4)-特異性CAR T細(xì)胞會具有更好的抗腫瘤活性。這一研究證明，光熱治療確實(shí)具有促進(jìn)CAR T細(xì)胞在實(shí)體腫瘤內(nèi)的積累和效應(yīng)的功效。
Chen,Q., Dotti, G., Gu, Z. et al. Photothermal Therapy Promotes Tumor Infiltrationand Antitumor Activity of CAR T Cells. Advanced Materials, 2019.
DOI:10.1002/adma.201900192
https://doi.org/10.1002/adma.201900192
12. Adv. Sci.：光解金黃色葡萄球菌中的葡萄球菌黃素來增強(qiáng)活性氧的殺滅作用
對抗耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)感染已成為一項(xiàng)嚴(yán)峻的任務(wù)。波士頓大學(xué)程繼新教授團(tuán)隊(duì)和普渡大學(xué)Mohamed N. Seleem教授團(tuán)隊(duì)合作報(bào)道了一種通過光解金黃色葡萄球菌膜內(nèi)的抗氧化劑葡萄球菌黃素來治療MRSA的方法。實(shí)驗(yàn)通過光解金黃色葡萄球菌中的葡萄球菌黃素可以短暫地提高膜的通透性，使MRSA更加容易受到過氧化氫的攻擊。因此，在460 nm光照射下葡萄球菌黃素會發(fā)生光解，可以與過氧化氫和其他活性氧發(fā)揮協(xié)同作用，進(jìn)而徹底清除MRSA。這種協(xié)同治療的有效性在被MRSA感染的巨噬細(xì)胞、金黃色葡萄球菌生物膜和兩種小鼠感染傷口等眾多模型中得到了很好的驗(yàn)證。這一研究表明光解葡萄球菌黃素可以作為協(xié)同治療MRSA感染的一種新的策略。
Dong,P.T., Seleem, M.N., Cheng, J.X. et al. Photolysis of Staphyloxanthin inMethicillin-Resistant Staphylococcus aureus Potentiates Killing by Reactive Oxygen Species. Advanced Science, 2019.
DOI:10.1002/advs.201900030
https://doi.org/10.1002/advs.201900030
13. Adv. Sci.：鋰離子電池用單色“光致敏劑”介導(dǎo)的全息光聚合物電解質(zhì)
研究人員設(shè)計(jì)并制造了一種基于全息光聚合物的新型聚合物電解質(zhì)。他們將碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）引入作為光惰性物質(zhì)。在激光干涉圖樣照射下，光聚合發(fā)生在構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，隨后導(dǎo)致光生成聚合物和未反應(yīng)的EC-PC之間的相分離，從而形成了間距為≈740 nm的全息光聚合物電解質(zhì)（HPES）。
有趣的是，隨著EC-PC含量的增加，衍射效率和離子導(dǎo)電率均表現(xiàn)出一定程度地增加。當(dāng)EC-PC含量為50 wt%時(shí)，30°C下的衍射效率和離子導(dǎo)電率分別為≈60%和2.13×10?4 s cm?1，比沒有EC-PC的電解質(zhì)大60倍和5個(gè)數(shù)量級。值得注意的是，當(dāng)加入DMAc時(shí)，HPES具有更好的各向異性和更穩(wěn)定的電化學(xué)性能。這種高性能電子設(shè)備為設(shè)計(jì)具有良好機(jī)械、電化學(xué)性能和光學(xué)功能的靈活透明的電子設(shè)備提供了全新的思路。
Ronghua Yu et al. Monochromatic “Photoinitibitor”‐Mediated HolographicPhotopolymer Electrolytes for Lithium‐Ion Batteries. Advanced Science, 2019.
DOI: 10.1002/advs.201900205
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900205
14. ESM：商品化泡沫鎳表面工程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極
枝晶生長和低庫倫效率造成金屬鋰負(fù)極循環(huán)壽命短，這是限制新一代高比能鋰金屬電池的關(guān)鍵瓶頸。開發(fā)三維集流體是降低有效電流密度和延遲枝晶生長的有效手段。商品化的泡沫鎳盡管電子電導(dǎo)率高且具有三維形貌，但是其低比表面積和較差的親鋰特性使其在該領(lǐng)域應(yīng)用受限。在本文中，研究人員通過金納米粒子進(jìn)行電化學(xué)鋰化從而在商品化泡沫鎳表面均勻地包覆了一層親鋰的AuLi3。與裸露的泡沫鎳相比，AuLi3@Ni顯著降低了鋰沉積的成核勢壘并將提高了鋰沉積的均勻性?；贏uLi3@Ni集流體的鋰金屬負(fù)極能夠在對稱電池中穩(wěn)定循環(huán)740 h。此外，與LiFePO4匹配的全電池在1C的倍率下循環(huán)500周后容量保持率仍有43.8%且?guī)靷愋矢哌_(dá)99.2%。
Xi Ke et al. Surfaceengineering of commercial Ni foams for stable Li metal anodes. Energy Storage Materials, 2019.
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.04.003
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719300820?dgcid=rss_sd_all
