复旦大学Nature Chemistry;Nature Nanotech鉴定100个纳米药物丨顶刊日报20210403
纳米人 纳米人 2021-04-05

1. Nature Chemistry:DNA砖辅助离心法分离不同粒径的亚150 nm脂质体

在细胞中,无数的膜相互作用蛋白产生并维持曲率半径在50nm左右或以下的弯曲膜结构域。为了了解这种高度弯曲的膜如何调节特定的蛋白质功能,反之亦然,必须将具有精确定义属性的小型脂质体作为模型膜。有鉴于此,美国耶鲁大学医学院的Chenxiang Lin和复旦大学生物医学研究所的Hongzhou Gu等研究人员,通过DNA砖辅助离心实现不同大小的亚150 nm脂质体的分选。
 
本文要点:
1)研究人员报道了一种通用的、可扩展的分类技术,使用胆固醇修饰的DNA“纳米砖”,通过其浮力密度来区分不同大小的脂质体。
2)不论脂质体的来源和化学成分如何,这种方法将脂质体分离成6到8个平均直径为30 - 130nm的均质群体。
3)研究人员表明,这些均匀、抗泄漏的脂质体可作为理想的底物,以前所未有的分辨率研究膜曲率如何影响外周(ATG3)和整体(SNARE)膜蛋白活性。
本文研究表明,与传统方法相比,该分选技术代表了简化的过程,可实现卓越的脂质体大小均匀性,这有利于膜生物学研究和脂质体药物递送系统的开发。
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Yang Yang, et al. Sorting sub-150-nm liposomes of distinct sizes by DNA-brick-assisted centrifugation. Nature Chemistry, 2021.
DOI:10.1038/s41557-021-00667-5
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00667-5

2. Nature Nanotechnology: 自组装药物纳米颗粒的计算指导高通量设计

纳米药物制剂正在改变我们有效递送和治疗多种疾病的能力。但是,除了通过药物和小分子染料共同组装形成的纳米颗粒(其显示出高达95%的载药量)之外,它们的生产通常很复杂且载药量低。目前尚不了解数百万个小分子组合中的哪些会导致这些纳米颗粒的形成。于此,麻省理工学院Giovanni Traverso等人报告了机器学习与高通量实验的集成,从而能够快速,大规模地识别此类纳米制剂。
 
本文要点:
1)研究人员从210万对中鉴定出100个自组装药物纳米颗粒,每个纳米颗粒包括788种候选药物之一和2686种批准的赋形剂之一。
 2)研究人员进一步表征了两种纳米粒子,索拉非尼-甘草酸和特比萘芬-牛磺胆酸进行了体外和体内表征。预计该平台可以加速具有多种药物治疗能力的、具有更高载药量的更安全、更有效的纳米制剂的开发。
Reker, D., Rybakova, Y., Kirtane, A.R. et al. Computationally guided high-throughput design of self-assembling drug nanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00870-y

3. Science Advances:变形导致CrMnFeCoNi高熵合金无定形化

悉尼大学Xianghai An、廖晓舟,乔治亚理工学院Ting Zhu等报道了合成Cantor高熵合金CrMnFeCoNi材料,这种CrMnFeCoNi合金表现为面心立方结构固溶体,但是该结构材料中的塑性变形为位错滑移和变形孪晶为主。

本文要点:
1)通过原位应力TEM实验,揭示其中存在晶体-无定形结构相转变。裂纹尖端结构演化的过程包括一系列从晶体、层状、点状、无定形结构变化,表示了其中晶体、无定形晶相的不同组分含量。
2)这种固体的无定形化过程来自于较高程度晶格摩擦、超小的晶格微结构难以进行晶界位错滑移导致,形成的裂纹尖端错位密度促进形成高应力、引发晶体-无定形化的转变。此外,观测到在裂纹尾迹中形成无定形纳米桥结构,这种无定形化的过程能够消除其中的应力,为高熵合金的增韧机制提供经验。
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Hao Wang, et al, Deformation-induced crystalline-to-amorphous phase transformation in a CrMnFeCoNi high-entropy alloy, Science Advances, 2021, 7, eabe3105
DOI: 10.1126/sciadv.abe3105
https://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabe3105

4. EES: 气体扩散电极,用于将CO2、CO和N2电化学还原为增值产品:综述

电化学还原气态原料,如CO2、CO和N2,为可持续能源和化学生产提供了希望。这种技术的实际应用被缓慢的可溶气体到常规平面电极的质量传输所阻碍。气体扩散电极(GDEs)在催化剂附近保持了较高的气体浓度,改善了质量传输,从而使电流密度提高了几个数量级。然而,气态原料会引起GDE环境的变化,因此需要特定的功能才能有效地调节产品的选择性并提高反应稳定性。有鉴于此,澳大利亚昆士兰大学袁志国、胡氏虎和澳大利亚南昆士兰大学葛磊等人,对各种电催化反应的GDE开发所面临的挑战和进展进行了全面的综述。

本文要点:
1)概述了GDE的基本原理,并强调了GDE相对于传统电极的主要优势。总结并分析了GDE的设计标准和一些关键问题,以及针对不同产品和反应的限制因素。按不同气态原料对GDE的应用进行了分类,其内容不仅限于GDE的制造,还介绍了缓解针对各种反应/产品实施GDE的难点的最新策略。
2)近年来,电化学还原CO2,CO和N2反应的基础和应用研究,表明电催化有望用可再生能源生产化学品和燃料并减少碳排放,这对未来的可持续经济发展至关重要。然而,当前面临着几个关键挑战,阻碍了针对这些反应的电解槽的实际应用。(a)由于这些气体在液态电解质环境中的溶解度很低,因此总反应速率受到传质的限制。(b)HER反应在相似的电位发生,导致较低的产物选择性。
3)从材料和技术工艺的角度来看,制造有效的GDE需要同时优化多个变量。最近的研究证实,GDE制备的不同步骤会影响基于GDE的电解槽的稳定性,产物选择性和反应途径。未来的研究方向包括:根据不同反应的GDE设计,解决GDE被液体电解质淹没问题,耦合CO2RR/CORR/N2RR反应,测试标准化和模拟及先进表征技术,开发不同构型GDE,非液体电解液的反应器设计,面向应用的GDE应用挑战,考虑应用中气体杂质、物料平衡和阳极反应的多种影响。
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Hesamoddin Rabiee et al. Gas diffusion electrodes (GDEs) for electrochemical reduction of carbon dioxide, carbon monoxide, and dinitrogen to value-added products: a review. Energy Environ. Sci., 2021.
DOI: 10.1039/D0EE03756G
https://doi.org/10.1039/D0EE03756G

5. Angew:多功能直接环化构建高效TADF发射体的螺吖啶衍生物的策略

螺吖啶(SpA)衍生物在制备高效热激活延迟荧光(TADF)发光材料方面具有很大的潜力。然而,传统的合成路线成本昂贵且耗时。开发一种简单的合成SpA的方法仍然是学术界和工业界迫切需要的。有鉴于此,深圳大学的杨楚罗等研究人员开发了多功能直接环化构建高效TADF发射体的螺吖啶衍生物的策略。
 
本文要点:
1)研究人员提出了一种可行的酸催化二芳胺和酮之间的无溶剂无金属环化反应来构建SpAs。
2)所构建的部分为组装高效的TADF发射器提供了广泛的可能性。
3)作为一个示例,将具有高光致发光量子产率和适当的TADF特性的D2T-TR应用于有机电致发光二极管(OLEDs),其最大外量子效率(EQE)为27.1%。
本文研究为开发优良的有机光电材料提供了很好的启示,也是实现这一目标的有效工具。
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He Liu, et al. Versatile Direct Cyclization Constructs Spiro‐acridan Derivatives for Highly Efficient TADF emitters.Angewandte Chemie, 2021.
DOI:10.1002/anie.202103187
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103187

6. AM:封装钙钛矿微晶的自结构修复,以改善光学和热稳定性

近年来,钙钛矿材料及其光电器件引起了广泛的关注。但是,由于表面悬空键和晶界造成的稳定性差和固有的深能级陷阱态(DLTS),很难进一步改善钙钛矿的性能。长春理工大学Zhipeng Wei南方科技大学Rui Chen等人研究发现 CH3NH3PbBr3钙钛矿微晶被致密的Al2O3层包封以形成微环境。通过光学测量发现,即使在高温和长时间激光照射下,钙钛矿的结构也可以自行修复。

本文要点:
1)DLTS密度降低了近一个数量级,这导致发光强度提高了4到14倍。观察结果来源于微米级环境,它是一个自给自足的高真空生长室,升华后钙钛矿的成分完全保留,热处理后分解的原子可以重新排列。表现出高热稳定性的改性结构能够保持出色的光学和激光稳定性长达2年。该发现为改善钙钛矿的稳定性提供了新的思路和观点,对于钙钛矿设备的应用可能具有实际意义。
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Li, R. X., Li, B. B., Fang, X., Wang, D. K., Shi, Y. Q., Liu, X., Chen, R., Wei, Z. P., Self‐Structural Healing of Encapsulated Perovskite Microcrystals for Improved Optical and Thermal Stability. Adv. Mater. 2021, 2100466.
https://doi.org/10.1002/adma.202100466

7. AM: 纳米多孔金属间化合物Pd3Bi用于高效电化学氮还原

常温电催化氮还原是一种绿色的人工固氮技术,但产量低、选择性差,极具挑战性。这里,湖南大学Yongwen TanMing Peng团队通过转化化学蚀刻的纳米多孔PdBi2,制备了纳米多孔有序金属间Pd3Bi,其在室温条件下表现出高效的电催化氮还原。

本文要点:
1)在0.05 M H2SO4电解液中,所得纳米多孔金属间化合物Pd3Bi可实现高活性和高选择性,NH3产率为59.05±2.27g·h-1mgcat-1,0.2 V下的法拉第效率为21.52±0.71%,在电化学氮还原反应中优于大多数已报道的催化剂。
2)结合密度泛函理论计算的原位x光吸收光谱研究表明,Pd–Bi位点之间的强耦合桥接了金属间化合物Pd3Bi的电子转移通道,其中Bi位置可以吸收N2分子,并降低N2吸附和活化的*N2能垒。
3)具有双连续纳米多孔结构的金属间化合物Pd3Bi,可以加速氮还原过程中的电子输运,从而提高氮还原性能。

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Xuejing Wang, et al, Nanoporous Intermetallic Pd3Bi for Efficient Electrochemical Nitrogen Reduction, Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202007733
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202007733

8. ACS Nano:稳定的低内阻Ti3C2Tx Mxene− BN薄膜用于提高盐度梯度能量收集

通过纳米膜提取盐度梯度能是获得清洁可再生能源的有效途径。然而,稳定性差、内阻大、选择性低的膜会限制膜的输出性能。近日,澳大利亚迪肯大学Weiwei Lei,Xungai Wang,Dan Liu报道了一种集成Mxene−BN纳米通道的Ti3C2Tx Mxene/BN(MXBN)膜,用于盐度梯度能量收集,具有良好的稳定性和增强的输出性能。

本文要点:
1)研究人员采用LiF/HCl腐蚀法制备了Ti3C2Tx纳米薄片,该方法可以去除铝原子并使所制备的纳米薄片上的缺陷最小化。采用尿素辅助固体剥离法制备了BN纳米片,通过透析法去除尿素后得到乳白色BN纳米片分散体。用一定量的MXene和BN混合分散体进行真空过滤,制备了MXBN膜。
2)研究发现,插入BN纳米片可减少离子传输的内阻,同时增加扩散电流。通过调节杂化膜中的BN含量,可以调节器件的输出电流和电压,从而获得较高的输出功率密度。当BN含量为44 wt%时,MXBN膜的输出功率密度达到2.3 W/m2,几乎是原始Mxene膜的两倍。此外,在336 K下,膜器件的输出功率密度可进一步提高到6.2 W/m2,并且在321 K下性能可稳定10 h,表现出良好的水溶液稳定性。

这项工作不仅提出了一种用于调节通道特性的2D−2D结构,而且促进了2D层状膜在离子传输、能量提取和其他纳米流体应用方面的进一步发展。

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Guoliang Yang, et al, Stable Ti3C2Tx MXene−Boron Nitride Membranes with Low Internal Resistance for Enhanced Salinity Gradient Energy Harvesting, ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.0c09845
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09845

9. ACS Nano:具有优异电磁波吸收性能的多功能磁性Ti3C2Tx Mxene/石墨烯气凝胶

对于在薄样品厚度和低填充水平下具有强吸收和宽有效吸收带宽(EAB)的先进电磁波吸收(EMA)材料来说,巧妙的微结构设计和合适的多组分策略仍然具有挑战性。近日,郑州大学刘春太教授,Yuezhan Feng,北京化工大学Hao-Bin Zhang报道了通过单向冷冻法和温和的肼蒸汽还原/改性过程,将氧化石墨烯(GO)、Ti3C2Tx MXene和Ni纳米链组装在一起,成功合成了一种介电/磁性多元Ni/Mxene/RGO(NiMR-H)气凝胶。

本文要点:
1)通过结合微观介电/磁性多组分和宏观三维互连排列的蜂窝结构,以及适度还原和N原子掺杂改性,超轻NIMR-H气凝胶(6.45 mg cm−3)可以获得超低RLmin为−75.2 dB,最大EAB为7.3 GHz的高EMA性能。
2)NIMR-H气凝胶具有以下优点:i)气凝胶坚固的宏观泡孔结构可以避免传统微纳米粒子的团聚问题,从而在载体基质中的超低负载(0.64 wt%)下具有高的EMA性能;ii)相互连接的阵列晶胞结构、温和的肼蒸气还原/改性、多个异质界面以及介电/磁协同效应的集成,使其成为迄今已报道的Mxene基吸波材料中性能最好的EMA材料;iii)NIMR-H气凝胶的疏水性、弹性、绝热性和阻燃性与出色的吸收能力相结合,表明其在各种应用环境中具有广阔的应用前景,例如具有极冷和极热过渡的外层空间。

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Luyang Liang, et al, Multifunctional Magnetic Ti3C2Tx MXene/Graphene Aerogel with Superior Electromagnetic Wave Absorption Performance, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c09982
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09982


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