AM/ Angew 7篇,陈小元、樊春海、钟志远、刘又年等成果速递丨顶刊日报20191001
纳米人 纳米人 2019-10-01
1. Joule: 通过模块更换拓宽光伏市场

当今部署太阳能光伏(PV)的方法隐含地假设模块技术是固定的。太阳能电池板已安装,并有望在30年或更长时间的系统寿命内运行。但是,许多光伏技术在包括成本、功率转换效率和可靠性在内的多个方面都在不断改善。定期更换模块或计划重新通电会利用这项技术改进的优势,并抵消可预测的性能下降。

 

麻省理工学院Joel Jean团队证明了模块更换策略可以在不超过15年的初始模块寿命的情况下,以与原始系统设计向后兼容的方式,以具有竞争力的水平实现电力成本。还评估了模块更换对寿命周期的环境影响,发现与当今的发电方式相比,无论更换策略如何,所有商用光伏技术都在大多数影响类别中提供了好处。因此,组件更换可以加速新兴光伏技术的市场引入,这些新兴光伏技术实现了具有竞争力的组件效率(≥20%),成本(≤0.30美元/瓦)和使用寿命(≥10年),并且有可能进一步提高这三个指标。


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Accelerating Photovoltaic Market Entry with Module Replacement, Joule, 2019

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119304155

 

2. AM:纳米技术用于多模态成像指导的精准外科手术治疗

手术切除是目前大多数实体瘤患者最主要和最有效的治疗方法。然而,患者在手术后往往还会出现复发和转移。近年来,随着微创外科技术的飞速发展,新兴的纳米技术也被逐渐用于微创、精准、智能化肿瘤外科手术应用。

 

美国NIH陈小元教授中南大学文宇教授熊力教授合作综述了纳米技术在成像指导的手术治疗(IGS)和手术辅助的协同治疗中的应用,充分揭示了纳米技术在多模态IGS辅助的精准肿瘤协同治疗中应用优势;简要介绍了NMs对手术靶点的作用机理,这种基于分子成像技术的多模态成像为实现高分辨率、深组织穿透的可视化手术提供了一种实用的方法,并且多功能NMs也可将手术与辅助治疗(如化疗、免疫治疗、光疗)相结合,充分消除残余病灶;最后对开发与外科应用相关的诊疗NMs所面临的关键问题和临床转化前景进行了详细讨论。


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Cong Wang, Yu Wen, Li Xiong, Xiaoyuan Chen. et al. Advanced Nanotechnology Leadingthe Way to Multimodal Imaging-Guided Precision Surgical Therapy. Advanced Materials.2019

DOI:10.1002/adma.201904329

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904329

 

3. AM:CD44特异性A6短肽增强多聚体表阿霉素对原位人多发性骨髓瘤的靶向性和抗癌功效

尽管化疗在临床上有着广泛的应用,但由于化疗对肿瘤的特异性较低,其疗效仍存在争议。人们正积极地寻求能够将药物选择性地转移至癌细胞的纳米载体,以重塑癌症的治疗方法。然而,迄今为止,尚无主动靶向纳米药物在临床转化中取得成功,部分原因在于其靶向性不高或制备工艺复杂。

 

近日,苏州大学钟志远研究团队制备了CD44‐特异性A6短肽(KPSSPPEE)功能化的多聚体表阿霉素(A6‐PS‐EPI),研究表明其在体内能增强对人多发性骨髓瘤(MM)的靶向性和抗癌功效。封装了11wt % EPI的A6‐PS‐EPI的尺寸很小(≈55nm),结构坚固,响应速度快,易于制备。值得注意的是,A6修饰显著增强了CD44过表达的LP-1MM细胞对PS-EPI的摄取和抗癌活性。A6‐PS‐EPI对原位LP‐1 MM显示出显著的靶向能力,与非靶向PS‐EPI相比,可造成骨损伤和惊人的存活率。总而言之,A6‐PS‐EPI作为一种简单而智能的纳米治疗药物,显示出很高的临床转化潜力。


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WenxingGu, Jingnan An, Zhiyuan Zhong, et al. CD44‐Specific A6 Short Peptide Boosts Targetability and AnticancerEfficacy of Polymersomal Epirubicin to Orthotopic Human Multiple Myeloma. Adv. Mater., 2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201904742

 

4. AM综述:碳球作为可持续能源应用的纳米反应器

胶态碳球纳米反应器因其独特的性能,例如优异的导电性,高比表面积,可控制的孔隙率和渗透性以及表面功能等,而被广泛地研究并用于能量存储,电化学转化和催化领域。近日,中科院大连化物所Jian Liu团队总结了胶体碳球纳米反应器合成和应用的最新研究成果。

 

首先讨论了各种合成策略,包括硬模板法,软模板法,水热碳化,微乳液聚合法以及Stöber法的扩展。然后,讨论了胶体碳球纳米反应器的功能化,包括组成的纳米工程和表面特征。随后,介绍了胶体碳球纳米反应器在能量存储,电化学转化和催化领域的主要应用的最新进展。最后,就具有可调结构的胶态碳球纳米反应器的受控合成和功能化,以及实际应用中所需的组成和性质,对未来发展的观点和挑战进行了讨论。


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HaoTian, Ji Liang, and Jian Liu*. Nanoengineering Carbon Spheres as Nanoreactorsfor Sustainable Energy Applications. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201903886

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903886

 

5. AM综述:生物材料调控肿瘤相关巨噬细胞的研究综述

肿瘤相关巨噬细胞(TAM)是肿瘤微环境中一种复杂的异质性细胞群。在众多类型肿瘤中,TAMs会导致肿瘤恶变,因此是一个值得关注的治疗靶点。据此,美国华盛顿大学Suzie H. Pun研究团队对生物材料调控肿瘤相关巨噬细胞的研究进行了综述,重点介绍了用于调节TAMs的三种主要策略,强调了生物材料在这些方法中的作用。

 

首先,总结了肿瘤相关巨噬细胞靶向的系统方法,并考虑了被动和主动靶向方法的局限性。其次,从创伤愈合和巨噬细胞对植入生物材料反应方面的重要文献中总结经验教训,并展望了将这些原理应用于肿瘤相关巨噬细胞进行基于生物材料的局部调节。最后,探讨了工程化巨噬细胞的发展领域,包括基因工程和与生物材料或药物传递系统的整合。分析了该领域的主要挑战,以及未来在肿瘤学中以巨噬细胞为基础的治疗所存在的机遇。


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MeilynSylvestre, Courtney A. Crane, Suzie H. Pun. Progress on Modulating Tumor‐Associated Macrophages with Biomaterials. Adv. Mater.,2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201902007

 

6. AM:NaCl纳米粒子也可用于癌症治疗!

在现今的科研领域,已制备合成了许多无机纳米粒子,并对其在生物系统中的行为进行了研究。然而,像NaCl这样的普通电解质却被排除在这一领域之外。常规的猜想是电解质纳米粒子与其组成盐具有类似的行为,能迅速溶解于水中。在此,美国佐治亚大学Jin Xie研究团队打破了这种先入为主的观念。

 

证实NaCl纳米粒子(SCNPs)(非盐)对癌细胞具有高度毒性。这是因为SCNPs通过内吞作用进入细胞,绕过了细胞对离子转运的调节,当SCNPs在癌细胞内溶解时,会引起渗透压的激增和细胞的快速溶解。有趣的是,由于正常细胞的钠含量相对较低,它们对这种治疗更有抵抗力。与传统化疗不同,与传统的化学疗法不同,SCNPs是导致免疫原性细胞死亡或ICD。体内研究表明,SCNPs不仅能杀死癌细胞,还能增强抗癌免疫。这一发现为纳米粒子用于治疗开辟了一个全新的视角。


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WenJiang, Xiaozhong Yu, Jin xie, et al. NaCl nanoparticles as a cancertherapeutic. Adv. Mater., 2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201904058

 

7. Angew:人工酶催化级联反应用于NIRII光增强的抗肿瘤免疫治疗

肿瘤的转移和复发是当前肿瘤治疗所面临的一个严峻挑战。而有望解决这一问题的重要策略就是实现抗肿瘤免疫。但是肿瘤的免疫抑制状态也严重影响了免疫治疗的效果。中南大学陈万松博士刘又年教授合作提出了一种将基于人工酶的催化级联反应用于免疫治疗的新策略。

 

Cu2-xTe纳米粒子在近红外(NIR II)光下具有可调的模拟酶活性(谷胱甘肽氧化酶和过氧化物酶),它所催化的级联反应会逐渐升高肿瘤内的氧化应激,从而诱导免疫原性细胞死亡。同时,Cu2-xTe人工酶还可以通过持续产生氧化应激来逆转免疫抑制的肿瘤微环境,增强抗肿瘤免疫反应,进而根除原发和远处转移的肿瘤。实验结果表明,经Cu2-xTe人工酶治疗的小鼠可以成功获得抑制肿瘤复发的免疫记忆效应。


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MeiWen, Wansong Chen, You-Nian Liu. et al. Artificial Enzyme-Catalyzed CascadeReactions for Antitumor Immunotherapy Reinforced by NIR-II Light. Angewandte ChemieInternational Edition. 2019

DOI:10.1002/anie.201909729

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909729

 

8. Angew:对近红外光响应的H2S活化纳米诊疗平台

开发对近红外光响应的纳米平台为实现精确的癌症药物随需释放提供了新的方法。华东理工大学赵春常教授中科院上海应用物理研究所诸颖博士上海交通大学樊春海教授合作,利用H2S介导的反应原位生成了一种近红外光热试剂并将其用于成像和光控药物释放,该试剂具有靶向治疗具有丰富H2S的癌症的能力。

 

实验结果表明,该纳米平台可被H2S激活并产生NIR II发射,也能被红外光控制以释放药物喜树碱-11。实验在HCT116荷瘤小鼠模型上证明该纳米平台可显著抑制肿瘤生长,副作用也很低。因此,这一研究所开发的纳米诊疗平台也为实现NIR II成像指导的精确医学提供了新的思路。


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BenShi, Ning Ren, Ying Zhu, Chunhai Fan, Chunchang Zhao. et al. A TheranosticNanoplatform with Hydrogen Sulfide-Activatable NIR Responsiveness forImaging-Guided On-Demand Drug Release. Angewandte Chemie International Edition.2019

DOI:10.1002/anie.201909883

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909883

 

9. ACS Macro Lett.: 中空多孔超交联聚合物纳米球封装金属纳米粒子用作高效的尺寸可调选择性催化剂

蛋黄-壳结构材料是在核壳结构基础上,通过一定技术手段,在内核与外壳间引入空隙部分,进而形成的一种新型纳米多相复合材料,在选择性催化领域具有巨大的应用潜力,二氧化硅、多孔碳、沸石分子筛以及金属有机骨架材料等均被设计制备成蛋黄-壳结构材料,然而,由于这些材料的多孔骨架结构具有的微孔孔道难以精确调控,从而难以对不同分子尺寸的底物进行选择性催化,极大地限制了其广泛应用。超交联聚合物(HCPs)是一系列永久微孔聚合物材料,具有比表面积高、合成条件温和、单体来源广泛、催化剂廉价易得等优点,在气体捕获与分离、能源存储、有机挥发物吸附、催化、药物释放和化学传感等方面有着广泛的应用前景。HCPs在不同极性的溶剂表现出不同的本征的溶胀行为,进而可以调控其孔隙度。可被用于设计合成具有蛋黄-壳型结构的选择性催化剂。

 

近日,华东师范大学黄琨教授美国俄亥俄州立大学王晓光教授团队合作设计制备了一种具有蛋黄-壳型结构的HCPs基催化剂,他们通过超交联诱导自组装策略,制备了功能化中空结构的多孔聚合物复合材料,然后通过原位浸渍-还原法将钯(Pd)纳米粒子封装在HCPs纳米球中空空腔中,制备得到高的催化活性和稳定性的选择性催化剂。而且,由于HCPs在不同极性的溶剂表现出不同的本征的溶胀行为,因此可以通过改变溶剂介质的极性,精确调控HCPs基催化剂中微孔孔径尺寸,从而使该催化剂对不同分子尺寸的底物具有选择性催化作用。该工作为设计制备高催化活性的尺寸选择性智能催化剂提供一种新的思路。


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YangXu, Yuxing Yao, Haitao Yu, Buyin Shi, Shengguang Gao, Li Zhang, Abigail L.Miller, Jen-Chun Fang, Xiaoguang Wang*, Kun Huang*.Nanoparticle-Encapsulated Hollow Porous Polymeric Nanosphere Frameworks asHighly Active and Tunable Size-Selective Catalysts, ACS Macro Lett., 2019.

DOI:10.1021/acsmacrolett.9b00490

https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.9b00490

 

10. ACS Nano: 导电高分子PPy包覆多孔微米硅作为高性能电极材料

硅具有低成本、高比容量等优点,是一种非常有潜力的电极材料,但是较差的导电性和结构稳定性、复杂的制备工艺限制了其在能源领域的广泛应用。具有纳米多孔结构的硅虽然一定程度上缓解了体积膨胀问题,但极化效应以及固体电解质界面膜的生长导致循环性能较差。

 

最近,威斯康星大学密尔沃基分校的牛俊杰教授课题组以铝硅合金为前驱体,通过溶胶-凝胶法和酸刻蚀法制备了具有球笼结构的导电高分子PPy包覆的多孔微米硅材料,PPy包覆层的厚度小于5nm,但有效提高了材料的导电性,球笼结构可以有效缓解体积膨胀问题。电化学性能测试发现,该电极材料的首圈库伦效率为78.2 %,电荷转移电阻仅为50 ohm左右,在高达4.4mg/cm2的高负载量下,其首圈比容量为1941 mAh/g(0.2C),循环400次之后,其比容量为1660mAh/g,库伦效率高达99.4%,表明该PPy包覆的多孔微米硅材料作为电极具有巨大的商应用潜力。


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Yingying Lv, MingweiShang, Xi Chen, Parisa Shabani Nezhad, Junjie Niu*. Largely ImprovedBattery Performance Using a Microsized Silicon Skeleton Caged by Polypyrrole asAnode. c, 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b06301

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06301

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