本次周刊收集生物材料领域10篇，纳米医学17篇和可穿戴与器件5篇，供大家学习与交流。
另外，上周头条一览如下（点击标题可查阅）：
1. 应对新冠病毒，我国科学家发明出石墨烯口罩，不仅能自清洁，还具有光热性能！
2. 本科就发表AM的她，直博后再连续发表数篇顶刊！赵远锦课题组微针贴片获新进展
3. 3篇Nature Materials齐报道：聂书明等人评述主动转胞吞作用和癌症纳米医学的新机遇
4. 逆天丨4天内两次当选院士，这位华人科学家成为六院院士！
5. 多药纳米颗粒展身手，狙击细胞因子风暴，解决新冠主要敌人
6. 一个月狂发5篇顶刊 | 唐本忠课题组近期AIE生物医学应用部分成果
7. 备受争议丨频繁问鼎Science，这个颠覆性技术有没有必要投向普通群众市场？
生物材料
以医疗为目的，用于诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进其功能的材料被称为生物材料。
下面，奇物论编辑部对上周部分生物材料的报道进行收集，供大家学习交流。
1.Science Advances：氧化铁纳米颗粒结合的间充质干细胞来源的纳米囊泡用于心脏修复
由于间充质干细胞(MSC)治疗的植入性差和安全性问题，MSC来源的外泌体已成为心肌梗死(MI)的一种替代性无细胞治疗方法。然而，注射后外泌体从梗死心脏扩散出去和低生产力限制了其临床应用的潜力。在此，韩国首尔国立大学Byung-Soo Kim、韩国加图立大学Hun-Jun Park等人开发了由氧化铁纳米颗粒(IONPs) 结合的MSCs (IONP-MSCs) 衍生的模拟外泌体细胞外纳米囊泡(NVs)。
本文要点：
1）注射的IONP-MSC来源的NVs(IONP-NVs)在梗死心脏内的滞留在磁引导下明显增加。
2）此外，IONPs显著增加了IONP-MSCs和IONP-NVs的治疗分子水平，从而减轻了人们对外泌体生产力低下的担忧。
3）在梗死心脏内注射IONP-NVs和磁引导可使心肌早期从炎症期向修复期转变，减少细胞凋亡和纤维化，促进血管生成和心功能恢复。这种方法可以提高MSC来源的NV治疗的疗效。
Ju-RoLee, et al. Nanovesicles derived from iron oxide nanoparticles–incorporatedmesenchymal stem cells for cardiac repair, Science Advances, 2020.
DOI:10.1126/sciadv.aaz0952
https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaaz0952
2.Science Advances：不同表型的巨噬细胞驱动工程组织的血管化
巨噬细胞是血管形成的关键因素，但其作用机制尚不清楚。于此，美国德雷塞尔大学K. L. Spiller和以色列理工学院S. Levenberg等人发现不同的巨噬细胞表型对内皮细胞行为有不同的影响，从而对工程组织的血管化产生影响。
本文要点：
1）在Transwell共培养中，促炎M1巨噬细胞导致内皮细胞上调与发芽血管生成相关的基因，而促愈合（M2a）、促重塑（M2c）和抗炎（M2f）巨噬细胞则促进与周细胞分化相关的基因的上调。
2）在体外三维组织工程人血管网络中，短时间（1天）暴露于M1巨噬细胞可增加血管形成，而长时间（3天）暴露可导致血管消退。
3）当将人体组织工程血管网络植入无胸腺小鼠中时，表达M1和M2表型标记的巨噬细胞包裹并桥接相邻血管，并自身形成血管样结构。最后，宿主巨噬细胞的耗竭抑制了工程血管的重塑，宿主血管的浸润以及宿主血管的吻合。
GraneyPL, et al. Macrophages of diverse phenotypes drive vascularization ofengineered tissues. Science Advances. 2020;6(18):eaay6391.
DOI:10.1126/sciadv.aay6391
https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaay6391
3.Small：可注射、交联PLGA微带作为3D大孔支架，用于组织再生
聚丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)作为组织工程支架材料已得到广泛应用。然而，传统的PLGA支架不能注射，也不支持直接细胞包埋，导致细胞在3D中分布不佳。在此，美国斯坦福大学Fan Yang等人报道了一种制备可注射、可交联的PLGA微带大孔支架作为三维干细胞龛的方法。
本文要点：
1）首先利用微接触印刷法将PLGA制成宽度可调的微带状结构块，然后在其表面涂覆纤维蛋白原，以提高其在水溶液中的溶解度和可注射性。当与凝血酶混合时，纤维蛋白原包覆的PLGA微带可以交联成3D支架。
2）PLGA微带支架在循环压缩时表现出很强的减震能力，并能恢复到原来的形状，而传统的PLGA支架在循环一次后就会发生永久变形。
3）以人骨髓间充质干细胞(hMSCs)为模型细胞，证实了PLGA μRB支架支持均匀的细胞包埋，在3D中具有良好的细胞增殖和扩散能力。在成骨培养基中培养28天后，hMSC种植PLGA μRB支架表现出增加的压缩模量和强的成骨能力。
综上所述，这些结果验证了PLGA μRBs是一种有前途的可注射、大孔、非水凝胶基支架，可用于细胞输送和组织再生。
DanialBarati, et al. Injectable and Crosslinkable PLGA-Based Microribbons as 3DMacroporous Stem Cell Niche, Small, 2020.
DOI:10.1002/smll.201905820
https://doi.org/10.1002/smll.201905820
4.JACS：另辟蹊径，光驱动水凝胶膨胀
将分子开关结合到有机结构中，在模拟生物系统复杂功能的刺激响应材料的化学设计领域引起了极大的兴趣。在暴露于可见光时会转变成螺吡喃部分的部花青染料（Merocyanine dyes）已经得到了广泛的研究，因为它们可以掺入水合共价网络中，当发生这种转化并引起体积收缩时，该水合共价网络会排出水。于此，美国西北大学Samuel I. Stupp等人报道了基于磺酸盐的水溶性光敏开关，与众所周知的系统（光照后体积会收缩）相反，该光敏开关在暴露于光子后会触发水凝胶的体积膨胀，而在黑暗条件下又以高度可逆的方式观察到收缩。
本文要点：
1）粗粒度的模拟表明，螺吡喃部分在聚合物网络中化学结构的细微变化可用于调整它们与水的相互作用，进而直接影响所观察到的光膨胀。
2）利用pH值控制和在较低临界溶液温度下不同的聚合物结构，研究人员能够开发出具有高度可调体积膨胀的水凝胶。此处开发的系统的新型分子功能导致材料在植物中观察到负趋光性，并能扩大水凝胶作为传感器、软机器人和驱动器的潜在应用。
ChuangLi, et al. Light-Driven Expansion of Spiropyran Hydrogels. Journal of theAmerican Chemical Society 2020.
DOI:10.1021/jacs.0c02201
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c02201
5.Science Advances：阳离子诱导蛋白质基水凝胶的形状编程和形变
能够记忆临时形状并响应刺激而变形的智能材料具有革新医学和机器人技术的潜力。目前，最常见的形状变形材料是基于聚合物，需要在硬相和软相之间切换。这些材料通常依赖于两个或多个网络骨架，共享相同的三维空间，或对小离子有化学反应。于此，威斯康星大学密尔沃基分校Ionel Popa和Luai R. Khoury等人介绍一种创新的方法来编程蛋白质水凝胶，并在室温下和水溶液中的诱导形状变化。
本文要点：
1）研究人员用血浆中最丰富的蛋白质血清白蛋白制成的水凝胶来演示该方法，这种水凝胶是以圆柱形或花朵的形式合成的。然后这些凝胶分别被编程成弹簧或环状。
2）通过Zn2+或Cu2+阳离子的吸附引起的刚度的明显变化（高达17倍）来执行编程。研究表明，随着阳离子扩散到水凝胶材料之外，这些程序化的生物材料然后可以变回其原始形状。此处展示的方法代表了一种创新的策略，可以对基于蛋白质的水凝胶进行编程，以使其充当致动器。
KhouryLR, et al. Cation-induced shape programming and morphing in protein-basedhydrogels. Science Advances. 2020;6(18):eaba6112.
DOI:10.1126/sciadv.aba6112
https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaba6112
6.AFM综述：仿贻贝水凝胶用于自粘附生物电子学
西南交通大学鲁雄教授和美国西北大学丁永会教授对贻贝水凝胶及其在生物电子学领域中的应用进展进行了综述介绍。
本文要点：
1）可穿戴和可植入式的生物电子设备正受到人们的广泛关注，它们在个性化医学方面也具有广阔的应用前景。现有的生物电子学设备一般依靠外部辅助与人体形成附着，因此其在实际应用中往往性能不够稳定。自粘附生物电子设备可以通过与组织产生共形接触以及提高信号检测的稳定性和保真度来改善这些问题然而，如何实现对柔软而潮湿的生物组织进行充分且长期的自粘附也是当前的一大研究挑战。
2）仿贻贝的水凝胶的出现为设计自粘附生物电子学设备提供了一个有效的策略。除了自粘附性外，这种水凝胶还可以将多种功能特性集成到一体化的生物电子设备中，这对于医疗保健应用来说也具有重要意义。作者在文章中通过具体的讨论，对仿贻贝的自粘附生物电子设备及研究进展进行了介绍，包括贻贝粘附的机制；仿贻贝水凝胶的发展进程和它的自粘附性、电导率、韧性、透明度、自愈性、抗菌性能和耐受极端环境的能力；并对这一领域的发展前景和面临的挑战做了重点论述。
ChaomingXie. et al. Mussel-Inspired Hydrogels for Self-AdhesiveBioelectronics. Advanced Functional Materials. 2020
DOI:10.1002/adfm.201909954
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201909954
7.Chem.Rev：光聚合生物材料和基于光的3D打印策略在生物医学领域的应用
加州大学圣地亚哥分校陈少晨教授对光诱导聚合的生物材料和以光为基础的3D打印策略进行了综述，并重点介绍了它们在生物医学领域的应用。
本文要点：
1）自从3D打印技术问世以来，这项技术已经在生物制造领域掀起了一场重要的革命，并有力推动了组织工程和再生医学等领域的进展。然而在最近的十年里，人们才开始有意识地去开发可以用于3D打印的材料工具箱，以充分发挥3D打印技术的潜力。
2）作者在文章中首先回顾了适合于光基3D打印的生物材料及相关应用；讨论了光控聚合的化学机制，并介绍了将自然的或者合成的复合生物材料作为3D打印水凝胶的相关应用；并就如何使用和优化光学3D打印技术提出了重要见解。
ClaireYu. et al. Photopolymerizable Biomaterials and Light-Based 3D PrintingStrategies for Biomedical Applications. Chemical Reviews. 2020
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00810
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00810
8. AFM：3D打印生物支架用于增强骨再生和骨肉瘤热消融
恶性骨肿瘤是临床上主要的严重疾病之一。新骨重建不良和残留肿瘤细胞快速增殖是外科治疗面临的主要挑战。在此，上海大学陈雨、上海交通大学附属第六人民医院Youshui Gao、中国人民解放军第455医院许天明等人通过在3D打印生物活性玻璃(BG)支架表面原位生长近红外(NIR)吸收共晶体(DTC)，构建了一种用于NIR激活光子热消融骨肉瘤和加速骨缺损再生的双功能DTC@BG支架。
本文要点：
1）DTC@BG支架突出的光热转化性能和出色的骨再生能力源于对DTC电子供体和受体之间能带隙的精确剪裁，促进了BG支架的新骨生长性能。
2）DTC@BG支架不仅在体外能显著促进肿瘤细胞的消融，而且在体内也能有效地促进骨肿瘤的抑制。尤其是DTC@BG支架在促进成骨分化和血管生成方面表现出优异的能力，最终在骨缺损处促进新生骨的形成。
本研究首次提出了通过精确调控共晶体中的电子供体和受体来消融骨肉瘤和促进新骨形成的模式，为构建基于共晶体策略的恶性骨肿瘤消融高效治疗平台提供了新的途径。
HuijingXiang, et al. Cocrystal Strategy toward Multifunctional 3D‐PrintingScaffolds Enables NIR‐Activated Photonic OsteosarcomaHyperthermia and Enhanced Bone Defect Regeneration, Adv. Funct. Mater., 2020.
DOI:10.1002/adfm.201909938
https://doi.org/10.1002/adfm.201909938
9.AFM：一种可拆卸式混合微针库，以最小伤害递送细胞！
间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)已被广泛应用于再生治疗。在目前的大多数临床应用中，MSCs是通过注射的方式输送的，但由于迁移能力有限，在细胞活性和向靶组织的渗透方面面临着严重的问题。一些疗法试图通过将其包裹在生物材料中来提高MSC的稳定性，然而，由于效率较低，这些治疗仍然需要大量的细胞才能达到治疗效果。此外，虽然局部注射可以实现靶向给药，但使用传统注射器的注射具有高度侵入性。由于与干细胞输送相关的挑战，一种高效率和提高细胞存活率的局部微创方法是非常需要的。在此，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校KangJu Lee、Ali Khademhosseini等人提出了一种可拆卸的混合微针库(d-HMND)，用于细胞递送。
本文要点：
1）该系统由一系列微针组成，外层为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)外壳，内部为明胶甲基丙烯酰基(GelMA)-MSC混合物(GMM) ，两者都具有生物相容性和可生物降解性。
2）将MSCs包裹在GelMA基质中将通过提供生物相关的细胞外基质(ECM)来促进细胞粘附、基质降解和重塑，从而提高细胞生存能力。
3）此外，PLGA外壳在将GMM插入目标组织之前保护GMM。d-HMND的固体PLGA外壳便于将针头轻松插入伤口床，附带组织损伤最小。
4）当MSCs被直接输送到靶组织时，它们被PLGA外壳包裹。PLGA的降解(>2周)确保了MSCs不会迁移到周围组织中，但这种方式通过分泌标志物促进愈合，以帮助伤口再生。
5）d-HMND被设计成在应用后被分离，这样伤口处就不会长期留有异物。
KangJuLee, et al. A Patch of Detachable Hybrid Microneedle Depot for LocalizedDelivery of Mesenchymal Stem Cells in Regeneration Therapy, Adv. Funct. Mater.,2020.
DOI:10.1002/adfm.202000086
https://doi.org/10.1002/adfm.202000086
10.天津大学Nat. Commun.：具有高拉伸性的通用自修复弹性体
由于材料中强键或弱键的作用不同，因此动态修复和材料强度之间存在折衷，因此开发用于恶劣条件下应用的自主自愈材料是一个挑战。有鉴于此，天津大学张雷与杨静等人通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物中协同结合多强度H键和二硫键交换而设计了一种通用的自修复和高拉伸性的超分子弹性体。
本文要点：
1）该设计的关键是多个动态键的协同相互作用，包括二硫键（S–S），强交联氢键（BNB–BNB）和弱交联氢键（IP–IP，IP–BNB或IP–SS等）。这些动态键被引入聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物主链（PDMS–SS–IP–BNB）中，自发形成动态超分子聚合物网络。在动态超分子聚合物网络中，强交联的氢键主要对弹性体具有鲁棒性和弹性，弱交联的氢键通过有效的可逆键断裂和重整来耗散应变能；二硫键主要有助于自愈性。
2）所得的弹性体对于无缺口（14000％）和有缺口（1300％）样品均显示出高拉伸性。它可以在普遍条件下实现快速的自主自我修复，包括在室温下（10分钟用于愈合），超低温（−40 °C），水下（93％愈合效率），过冷高浓度盐水(10 °C下30% NaCl溶液，效率89%)和强酸/强碱环境下（pH=0或14，效率88%或84%）。
这种材料具有在普遍条件下自主自修复的能力，这使得它有希望应用于广泛的领域，如人造电子皮肤，并可使参与海战和极地地区的电子通信设备自我修复。
HongshuangGuo, et al. Universally autonomous self-healing elastomer with highstretchability. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2037.
DOI:10.1038/s41467-020-15949-8.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15949-8
纳米医学
荧光探针
1. Adv. Sci：用时间分辨宽场磷光寿命成像定量绘制活体小鼠肝脏缺氧
缺氧已被证实是多种肝脏疾病的发病机制之一，因此，定量定位肝脏缺氧对肝脏疾病的诊断和治疗具有重要意义。然而，由于肝脏特异性造影剂的需要，现有的影像学方法不适合定量评价肝脏缺氧，且易受其他影像学因素的影响。有鉴于此，复旦大学的李富友等研究人员，将宽场发光寿命成像系统与氧敏感纳米探针相结合，建立了一种基于时间分辨寿命成像的小鼠肝脏缺氧分布定量成像方法。
本文要点：
1）结果表明，该方法适用于实时定量测定小鼠肝脏缺血再灌注过程中氧分压的变化。
2）此外，研究人员还利用所发展的终身成像方法定量地绘制了原位肝肿瘤小鼠模型中的肝缺氧区域，其中肿瘤肝的平均氧压远低于正常肝。
参考文献：YaweiLiu, et al. Quantitative Mapping of Liver Hypoxia in Living Mice Using Time‐ResolvedWide‐Field Phosphorescence Lifetime Imaging. Advanced Science, 2020.
DOI：10.1002/advs.201902929
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902929
2. Anal. Chem：一步制备高荧光量子产率的碳点用于溶酶体成像
与半导体量子点和有机发色团相比，基于碳点(CDs)的溶酶体探针具有强发光、靶向性好和合成过程简单等优势。山东师范大学佟丽丽老师和唐波教授通过对商用试剂(玫瑰红(RB)和支化的聚乙烯亚胺(bPEI))进行一步水热处理，制备出了具有良好性能的CDs，并将其用于对溶酶体进行成像。
本文要点：
（1）研究结果表明，制备的bPEI-RB CDs (P-R CDs)具有90.49%的高荧光量子产率(FLQY)，其光毒性和暗毒性也非常低。此外，P-R CDs在无需进行任何配体修饰的情况下也具有良好的溶酶体靶向能力。并且长期的细胞成像表明，P-R CDs可以在溶酶体中保留长达48小时。
（2）实验结果也证明了脱卤交联和反应物的结构重组是P-R CDs具有超高光致发光效率、低细胞毒性和钝化表面的主要原因。由于这些突出的性能优势，P-R CDs有望成为一个可用于溶酶体成像的新型工具，它也为开发超功能纳米材料提供了一个新的策略和方式。
参考文献：LiliTong. et al. One-Step Fabrication of Functional Carbon Dots with 90%Fluorescence Quantum Yield for Long-Term Lysosome Imaging. AnalyticalChemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.9b05553
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b05553
肿瘤诊疗
3. Nature Commun：一种基于疫苗的纳米系统用于提高肿瘤免疫治疗
免疫检查点阻断(ICB)免疫治疗的应答率不理想，严重限制了其作为肿瘤治疗的临床应用。在此，武汉大学张先正等人通过将Cd274的siRNA整合到商品化的人乳头瘤病毒(HPV)L1(HPV16 L1)蛋白中，生成了一个基于疫苗的纳米系统。
本文要点：
1）该纳米系统具有良好的生物安全性，提高了抗肿瘤免疫治疗的疗效。
2）HPV16 L1蛋白通过I型干扰素途径激活先天免疫，与ICB联合治疗时显示出有效的抗癌作用。
3）对于可切除以及不可切除的乳腺肿瘤，该纳米系统减少了71%的肿瘤复发，并将无进展生存期延长了67%。
4）最重要的是，该纳米系统在具有不同抗原负载的各种转基因乳腺癌模型中成功诱导了高应答率。这种以基于疫苗的纳米系统所激发的强大免疫刺激可能是显着改进当前ICB免疫治疗的一种途径。
参考文献：Di-WeiZheng, et al. A vaccine-based nanosystem for initiating innate immunity andimproving tumor immunotherapy, Nat. Commun., 2020.
DOI:10.1038/s41467-020-15927-0
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15927-0
4. Adv. Mater：镧系金属-有机骨架的结构工程用于嗜铬细胞瘤诊断
探索能精确量化生物分子的创新技术是至关重要的，但对于疾病诊断而言仍是一个巨大的挑战。不幸的是，大多数生物靶标的体液浓度通常在正常状态和病理状态之间的有限范围内变化，而大多数文献报道的生物传感器只能检测到大范围的靶标浓度，但对微小的浓度变化不太敏感，这使其在区分阳性和阴性方面大多不能令人满意，甚至其结果是不可靠。基于此，华东理工大学李永生、林绍梁等人报道了一种通过编辑镧系金属-有机骨架(Eu-ZnMOF)生物传感器的动态范围和灵敏度来精确定量特定生物靶标的微小浓度变化的新策略。
本文要点：
1）通过精心裁剪生物传感器的结构和表面积，可调谐的Eu-ZnMOF被开发出来，在“优化的有用检测窗口”内具有显著增强的响应斜率，使其成为一个强大的信号放大器(增加87.2倍)，可用于鉴别健康和患病受试者之间尿液中香草扁桃酸（VMA）(嗜铬细胞瘤的早期病理特征)的微小浓度变化（仅为3倍）。
2）此系统将三条定量途径集成到一个单一的分析界面中，以便在复杂的尿液环境中快速（15 s）、准确（CVs<3.45%）地识别VMA，为阴性/阳性诊断结果提供多重保障，极大降低了错误率。
本研究提供了一种通过结构工程学来编辑生物传感器性能的简便方法，为今后在严重疾病的非侵入性、准确诊断中的临床应用提供了广阔的前景。
参考文献：Ji-NaHao, et al. Structure Engineering of a Lanthanide-Based Metal–Organic Frameworkfor the Regulation of Dynamic Ranges and Sensitivities for PheochromocytomaDiagnosis. Adv. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adma.202000791
https://doi.org/10.1002/adma.202000791
5. Biomaterials：负载SO2前药的Au-Ag空心纳米三角形用于深部肿瘤治疗
目前，肿瘤渗透深度有限、治疗效果不佳仍是纳米药物治疗肿瘤的主要障碍。在此，天津大学李楠、Jining Li等人开发了一种高效的纳米复合材料，SO2前药(BTS)负载的Au-Ag空心纳米三角片(Au-Ag-BTS HNTs)，它不仅可以协同上调线粒体中Bax的表达，而且可以在酸性肿瘤微环境的触发下产生SO2，用于深部肿瘤的治疗。
本文要点：
1）在近红外激光照射下，Au-Ag空心纳米三角形(Au-Ag HTNs)产生大量的热量用于光热治疗(PTT)，而肿瘤细胞内的酸性条件诱导BTS按需释放SO2用于深部肿瘤治疗。
2）更重要的是，联合治疗可以同时上调凋亡因子Bax的表达，同时下调线粒体Bcl-2的表达，从而诱导Caspase-3的表达增加，加速肿瘤细胞的凋亡，实现双赢。体内外实验结果表明，Au-Ag-BTS HTNs在体内外均能增强深部肿瘤的治疗效果。这种pH触发的SO2治疗为响应肿瘤微环境、改善纳米药物在肿瘤中的渗透性和异质性分布提供了一种新的策略。
参考文献：Min Xu,et al. Enhanced Bax upregulating in mitochondria for deep tumor therapy basedon SO2prodrug loaded Au–Ag hollow nanotriangles, Biomaterials,2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120076
6. AFM：快速清除的超小半导体聚合物点用于NIR-II光声成像和光热肿瘤治疗
第二近红外(NIR-II)窗口(1000-1700 nm)的光疗剂因其增强的穿透深度和最小化的组织暴露，正成为一种很有前景的精密医学治疗平台。用于影像引导治疗的可代谢的NIR-II纳米药物的开发对于非侵入性疾病诊断和肿瘤的精确消融至关重要。在此，澳门大学Yuan Zhen等人首次报道了用于光声成像引导光热治疗(PTT)的可代谢高吸收NIR-II共轭聚合物点(Pdots)。
本文要点：
1）低带隙D-A π共轭聚合物(DPP-BTzTD)的独特设计与改进的纳米再沉淀条件相结合，使得制备出具有超小粒径(4nm)的NIR-II吸收的Pdots成为可能。
2）大量的实验测试表明，所构建的Pdots具有良好的生物相容性、优异的光稳定性、明亮的光声信号和较高的光热转换效率(53%)。
3）此外，通过尾静脉注射荷瘤小鼠，Pdots还显示出高效的肿瘤消融能力，并能迅速从体内排泄。
4）体外和体内实验结果均表明，在0.5 W cm−2的1064 nm激光照射下，Pdots具有优异的PTT性能，远低于其最大允许曝光限值1 W cm−2。
综上所述，此初步研究为开发用于临床转化的有机半导体纳米制剂开辟了新的途径。
参考文献：XiaojuMen, et al. Ultrasmall Semiconducting Polymer Dots with Rapid Clearance forSecond Near‐Infrared Photoacoustic Imaging and Photothermal Cancer Therapy.Adv. Func. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adfm.201909673
https://doi.org/10.1002/adfm.201909673
7. ACS Nano：基于白蛋白的新型光疗纳米探针用于胶质瘤的同步多模态成像和光疗
高度浸润性和侵袭性的胶质瘤细胞模糊了肿瘤和正常脑组织的界限，使得精确诊断和完全切除变得极其困难。脑内胶质瘤迫切需要多模态成像与有效治疗相结合，以实现精确诊断及准确指导手术和治疗。在此，北京大学齐宪荣等人报道了一种仿生过氧化氢酶整合的白蛋白光疗纳米探针(ICG/AuNR@BCNP)，可在穿越血脑屏障后，通过白蛋白结合蛋白介导的转运积聚到深部胶质瘤，实现胶质瘤的多模式成像，放大光疗，并指导胶质瘤手术。
本文要点：
1）这种光疗纳米探针能够实现荧光、光声和红外热成像，具有理想的探测深度和高信噪比，能清晰地将脑肿瘤与周围组织区分开来。
2）同时，纳米探针通过将内源性过氧化氢分解为氧气来放大光疗，在缓解缺氧脑胶质瘤微环境的基础上，有效地诱导局部热疗，提高单线态氧水平。因此，通过静脉或瘤内注射可明显抑制胶质瘤生长，延长存活时间，减轻肿瘤缺氧，改善细胞凋亡，抑制血管生成，同时对正常组织毒性较低。
3）光疗也需外部生物发光、磁共振和正电子发射断层成像的辅助指导。此外，该纳米探针可以准确地指导胶质瘤的切除。
综上所述，光疗纳米探针是一种很有前景的纳米平台，特别适用于胶质瘤的多模态诊断、有效光疗和精确的成像引导手术。
参考文献：ZhenzhenYang, et al. Albumin-Based Nanotheranostic Probe with Hypoxia AlleviatingPotentiates Synchronous Multimodal Imaging and Phototherapy for Glioma. ACSNano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.0c02249
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02249
8. Biomaterials：缺陷改性的氧化锌可增强声动力活性氧的产生
化学稳定性差和肿瘤富集度低等缺点会使得常用的有机声敏剂的治疗效果差，严重阻碍了声动力治疗(SDT)的进一步临床应用。在半导体催化和缺陷化学原理的启发下，中科院长春应化所张洪杰院士通过缺陷工程化制备了一种具有丰富缺陷位的钆掺杂氧化锌(D-ZnOx:Gd)半导体声敏剂，并将其用于对深部肿瘤进行高效的声动力治疗。
本文要点：
（1）研究表明，丰富的氧缺陷位可以促进D-ZnOx:Gd的电子(e-)和空穴(h+)的分离，进而显著增强声动力效应。
（2）另外，由于D-ZnOx:Gd富含氧缺陷位，因此它也更容易吸附水分子和氧分子，进而大大提高生成ROS的能力。因此实验利用这种缺陷丰富的ZnO纳米材料中，可以实现增强的声动力效应以治疗深部乳腺癌肿瘤。综上所述，这一研究工作不仅拓宽了氧化锌半导体纳米材料在纳米医学领域的应用，而且揭示了通过缺陷工程化增强氧化锌声动力效应的机理，为缺陷工程在肿瘤治疗中领域的应用提供了新的思路。
参考文献：YangLiu. et al. Defect modified zinc oxide with augmenting sonodynamic reactiveoxygen species generation. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303215
药物递送
9. Adv. Sci：具有类病毒识别能力的纳米颗粒可作为优良的药物载体
无法对组织进行高效的药物递送是造成治疗失败的一个常见原因。尽管研究表明，通过纳米技术所开发的纳米载体可以用于药物递送，但这类载体的递送效率仍有待进一步提高。病毒是一种理想的纳米载体，它们能够以高特异性的方式对宿主细胞进行识别。雷根斯堡大学Achim Goepferich通过研究发现具有类病毒识别能力的纳米颗粒能够作为一种可识别系膜细胞的药物载体。
本文要点：
1）研究表明，该纳米载体可以模仿最初的病毒附着并逐步识别目标细胞，与传统的纳米颗粒相比，具有类病毒特征的载体可以被肾脏系膜细胞更为高效地摄取，其增强效果可达5至15倍。
2）这一研究结果表明，利用病毒对细胞的特异性识别能力可以有效改善纳米载体的靶向递送性能。利用这一发现，也使得在未来对系膜细胞进行药物递送成为可能，进而实现对系膜相关的糖尿病肾病的药物治疗。
参考文献：SaraMaslanka Figueroa. et al. Nanoparticles Mimicking Viral Cell RecognitionStrategies Are Superior Transporters into Mesangial Cells. Advanced Science.2020
DOI:10.1002/advs.201903204
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201903204
10. AFM：不要吃我！我是去治病的！
由于血脑屏障(BBB)阻碍了大多数药物到达大脑，有效的脑部药物递送一直是治疗阿尔茨海默病(AD)和其他脑部疾病的一个挑战。为了克服这一障碍，中国科学院过程工程研究所刘瑞田、卢帅等人开发了一种新型的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒子，它通过活性氧(ROS)响应性苯硼酸酯键与CD47胞外结构域偶联，显示出“不要吃我”信号，并将BBB穿透肽CRTIGPSVC(CRT)和小胶质细胞调节剂Nec-1s包裹在其中。
本文要点：
1）实验结果表明，所设计的纳米粒子通过防止吞噬细胞的吞噬，有效地延长了其在血液循环中的半衰期，并通过CD47和CRT的协同作用增强了其在脑内的分布。
2）小鼠脑内高水平的ROS 使CD47从纳米粒子中释放出，生成的颗粒有效地被常驻的小胶质细胞吞噬。被吞噬的Nec-1s可将病理性小胶质细胞调节到有益状态，减轻Aβ负荷，减少小胶质细胞增生和星形胶质细胞增生，以及减少AD小鼠脑内细胞因子的产生和氧化应激，最终减轻认知障碍和突触丢失。结果首次证明，可条件释放的“不要吃我”CD47信号显著促进了小胶质细胞靶向给药，值得进一步研究开发治疗AD的药物。
参考文献：LunZhang, et al. A Conditionally Releasable “Do not Eat Me” CD47 SignalFacilitates Microglia‐Targeted Drug Delivery for the Treatment of Alzheimer'sDisease, Adv. F unct. Mater., 2020.
DOI:10.1002/adfm.201910691
https://doi.org/10.1002/adfm.201910691
11. AFM: X射线诱导的持续发光促进了原位肝肿瘤的超灵敏成像和有效抑制
持久发光磷光体已经引起了生物医学研究者的更多关注。去除激发光后，持续发光成像伴随连续照明，可以成功防止自发荧光的产生，从而消除背景噪声并改善信噪比。于此，厦门大学陈洪敏教授和美国国立卫生研究院陈小元等人使用介孔二氧化硅模板方法制备可产生X射线激发的持久发光（XEPL）的均匀且单分散的多孔纳米磷光体。
本文要点：
1）通过加载光敏剂，XEPL有效地激发了光敏剂以产生活性氧，从而杀死癌细胞。体内原位肝肿瘤的成像显示，纳米磷通过被动靶向机制积聚在肝肿瘤中，这已通过生物发光和X射线激发发光的共同成像得到证实。
2）在图像指导下，X射线诱导的光动力疗法可有效抑制原位肝肿瘤的生长，且副作用可忽略不计。
总体而言，X射线诱导的持续发光可促进超敏成像和对原位肝肿瘤的有效抑制。
参考文献：Shi,T., et al., X‐Ray‐Induced Persistent Luminescence Promotes UltrasensitiveImaging and Effective Inhibition of Orthotopic Hepatic Tumors. Adv. Funct.Mater. 2020, 2001166.
DOI:10.1002/adfm.202001166
https://doi.org/10.1002/adfm.202001166
12. ACS Nano：纳米放射增敏剂用于局部肿瘤消融和检查点阻断免疫疗法
放射治疗(RT)在实际应用中往往存在靶外副作用，对缺氧肿瘤微环境(TME)和远处转移无效。针对这些问题，中国科学院大学赵宇亮、谷战军和刘向峰等人提供了半导体异质结结构的WO2.9-WSe2-PEG纳米颗粒，以实现协同RT/光热疗法(PTT)/检查点阻断免疫疗法(CBT)，以增强抗肿瘤和抗转移效果。
本文要点：
1）基于具有高Z元素的异质结纳米颗粒，此纳米系统可以在X射线照射下催化TME中高表达的H2O2生成非氧依赖性活性氧，从而进一步诱导免疫原性细胞死亡。
2）同时，此纳米系统还能在近红外辐射下诱导热疗，从而提高RT效果。结果表明，加入抗PD-L1抗体的CBT后，在温和的温度和低辐射剂量下，局部RT/PTT能有效消融局部肿瘤，抑制肿瘤转移，防止肿瘤复发。
综上所述，此研究不仅提供了一种基于半导体纳米粒子的放射增敏剂，而且为同时治疗局部和转移肿瘤的三联疗法(RT/PTT/CBT)提供了一个多功能的纳米平台。
参考文献：XinghuaDong, et al. A Heterojunction Structured WO2.9-WSe2 NanoradiosensitizerIncreases Local Tumor Ablation and Checkpoint Blockade Immunotherapy upon LowRadiation Dose. ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.9b08962
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08962
分析传感
13. Small：全血中多种代谢产物的近红外荧光过氧化氢测定
在急诊医学中，血液中的乳酸水平通常会被用于评估低灌注相关疾病的严重程度和治疗响应。目前临床上的血液乳酸测试往往是在实验室中通过分析仪进行，这也使得测试的流程较为繁琐。哈佛大学David J. Mooney院士通过测定乳酸的酶氧化所产生的过氧化氢，提出了一种基于荧光的血液乳酸测定策略，并证明了其可用于临床。
本文要点：
（1）实验提供筛选具有近红外荧光的氰化衍生物，鉴定出了一种新型的辣根过氧化物酶(HRP)底物：Sulfo-Cyanine7，其在有HRP和过氧化氢存在的情况下会失去荧光。
（2）实验结果表明，在添加了乳酸的牛全血中，这一新开发的检测策略可在10分钟后实现在临床相关范围内呈现线性反应。而用葡萄糖和酒精氧化酶替代乳酸氧化酶后则可分别实现对血糖、乙醇和甲醇的生物传感。这种易于使用、快速和通用的分析方法也有望测定血液和其他生物液体中的多种酶氧化代谢物、药物和有毒物质。
参考文献：SimonMatoori. et al. Near-Infrared Fluorescence Hydrogen Peroxide Assay forVersatile Metabolite Biosensing in Whole Blood. Small. 2020
DOI:10.1002/smll.202000369
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202000369
AIE分子
14. Chem. Sci ：“一石三鸟”的AIE发光材料用于快速分别三种病原体
能够在视觉上识别病原体对于实现临床快速诊断来说具有重要意义。香港科技大学唐本忠院士开发了一种对微环境敏感的聚集诱导发光体材料 (AIEgen) IQ Cm，并将其用于对对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌的快速识别。
本文要点：
（1）IQ Cm具有扭曲的供体-受体和多转子结构，因此它也有着扭曲的分子内电荷转移(TICT)和对病原体微环境敏感的AIE特性。在病原菌内在结构差异的驱动下，IQ Cm会选择性地定位于三种病原菌的不同位点，并产生三种肉眼可识别的发射光颜色。其中，革兰氏阴性菌为淡粉色，革兰氏阳性菌为橙红色，而真菌为明黄色。因此，实验可以根据IQ Cm产生的荧光进而在荧光显微镜下直接区分这三种病原体。
（2）此外，实验也证明了IQ Cm可作为快速诊断尿路感染、及时监测医院内感染过程和快速检测食品中的霉菌的可视化探针。综上所述，这种基于单一AIEgen的可视化成像策略也为快速检测病原体和床旁诊断提供了一个新型平台。
参考文献：ChengchengZhou. et al. One stone, three birds: one AIEgen with three colors for fastdifferentiation of three pathogens. Chemical Science. 2020
DOI:10.1039/d0sc00256a
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc00256a#!divAbstract
纳米酶
15. Biomaterials：靶向线粒体的磁热纳米酶用于肿瘤协同治疗
磁热治疗(MHT)和化学动力治疗(CDT)都属于无创的原位治疗模式，并且不会对周围的健康组织造成严重的不良影响。中山大学巢晖教授、上海师范大学周治国研究员和杨仕平教授制备了一种靶向线粒体的磁热纳米酶(Ir@MnFe2O4NPs)，并将其用于高效的癌症治疗。
本文要点：
（1）实验将铱(III)络合物(Ir)作为靶向线粒体的试剂修饰于MnFe2O4 NPs表面。当暴露于交变磁场(AMF)中时，Ir@MnFe2O4 NPs会在局部引起温度的升高，进而造成线粒体损伤(MHT效应)。同时，谷胱甘肽(GSH)也可使NPs表面的Fe(III)还原为Fe(II)，从而通过催化H2O2产生•OH (CDT效应)。同时由于GSH (•OH清除剂)被消耗，因此CDT的性能也会得到进一步增强。并且局部温度的升高也会提高Fe(III)向Fe(II)和H2O2向•OH的转化效率，进一步增强CDT的效应。
（2）此外，由于CDT会造成细胞内氧化还原稳态的破坏，因此也会使得细胞对于MHT为更敏感。研究结果表明，该纳米平台可将磁共振成像(MRI)和双模态协同治疗相结合，进而实现对癌症的精准治疗。
参考文献：JinchaoShen. et al. A mitochondria-targeting magnetothermogenic nanozyme formagnet-induced synergistic cancer therapy. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303252
疾病治疗
16. ACS Nano：靶向生物膜微环境的大小和电荷自适应簇状纳米颗粒用于慢性肺部感染治疗
由细菌生物膜引起的慢性肺部感染是一个极其严重的临床问题，可导致抗生素治疗失败。尽管纳米颗粒在生物膜处理方面表现出巨大的潜力，但是纳米颗粒在生物膜中的有效渗透和滞留仍然是一个巨大的挑战。为了解决这个问题，浙江大学计剑和金桥等人制备了大小和电荷自适应的阿奇霉素(AZM)共轭簇状纳米颗粒(AZM-DA NPs)，作为用于治疗生物膜的治疗剂。
本文要点：
1）AZM-DA NPs是通过AZM共轭氨基端聚酰胺树状大分子(PAMAM)与2,3-二甲基马来酸酐(DA)修饰的聚乙二醇嵌段聚赖氨酸(PEG-b-PLys)之间的静电络合作用制备的。
2）值得注意的是，AZM-DANPs可以在酸性生物膜微环境(pH6.0)中解体，从而导致次级AZM偶联的PAMAM纳米粒子(PAMAM-AZM NPs)的释放。粒径小、带正电荷的PAMAM-AZM NPs有利于提高生物膜的穿透性和截留率，增强细菌膜的通透性，增强AZM的内化能力，从而表现出优异的抗生物膜活性。
3）AZM-DA NPs由于减少了耐药性的发生，也有利于作为长期抗菌剂。在慢性肺部感染模型中，细菌负荷的减少和炎症的减轻证实了其体内治疗效果。
本研究不仅开发了一种新型抗生素体内给药策略，而且为包括慢性肺部感染在内的生物膜相关感染的治疗提供了一种有效方法。
参考文献：YifanGao, et al. Size and Charge Adaptive Clustered Nanoparticles Targeting theBiofilm Microenvironment for Chronic Lung Infection Management. ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.0c00269
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00269
17. ACS Nano：共递送抗菌肽和抗生素的超分子组装体用于致病生物膜的协同消除
由胞外高分子物质保护的致病性生物膜常常会影响抗菌药物的药效，严重威胁人类健康。在此，美国加利福尼亚大学Jeffrey I. Zink等人设计了一种多刺激响应的磁性超分子纳米平台，以共递送大、小分子药物用于致病生物膜的协同清除。
本文要点：
1）此共递送平台由β-环糊精(β-CD)修饰的聚乙烯亚胺（PEICD）端封的大孔介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNLP)和由葫芦脲（CB[6]）端封的金刚烷（ADA）修饰的含磁芯的MSNs（MagNP@MSNA）组成。
2）基于β-CD和ADA之间的主-客体相互作用，主体MSNs(H，MSNLP@PEICD)和客体MSNs(G，MagNP@MSNA-CB[6])能自发地形成组装体(H+G)。
3）在病原细胞的刺激和交变磁场(AMF)的加热作用下，超分子组装体高效地释放出大分子抗菌肽 (MEL)和小分子抗生素氧氟沙星(OFL)。与游离药物(MEL和OFL)或独立的MSNs(H或G)相比，载药H+G共组装体(H-MEL+G-OFL)具有更强的生物膜清除能力，能彻底清除生物膜生物量并杀灭病原细胞，而对哺乳动物细胞无明显毒性。当主体和客体成分不能共聚但同时给药时，这种强大的抗菌膜能力会被严重削弱，表明超分子组装在生物膜去除中起着关键作用。
4）此外，体内植入模型显示，该共组装体根除了植入物上的致病生物膜，从而防止了宿主组织的损伤和炎症。
综上所述，由于保护性生物膜，共递送和多刺激响应的纳米载体可以克服感染治疗过程中的抗感染困难。
参考文献：QilinYu, et al. Supramolecular Assemblies of Heterogeneous Mesoporous SilicaNanoparticles to Co-deliver Antimicrobial Peptides and Antibiotics forSynergistic Eradication of Pathogenic Biofilms. ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.0c01336
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01336
可穿戴与器件
1. Science:血液检测结合PET-CT筛查癌症和指导干预的可行性
大多数死于癌症的人直到传播疾病后才被诊断出来。尽管如此，所有转移癌在其自然病程中的某个时间点都是局部的，这为早期发现和治疗提供了机会。有鉴于此，美国约翰霍普金斯大学Nickolas Papadopoulos、Bert Vogelstein、Kenneth W. Kinzler等研究人员，发现血液检测与PET-CT筛查结合可用于早期发现癌症，这是首次在普通群众进行的筛查，人数达10,006人。相关成果于4月28日发表在Science上，且作者Nickolas Papadopoulos当天也在美国癌症研究协会的虚拟会议上进行报告。
本文要点
要点1：在一项针对10,006名未知患有癌症女性的前瞻性干预研究中，研究人员评估了多肿瘤血液测试与PET-CT成像相结合用于检测癌症的可行性和安全性。诊断性PET-CT独立证实了阳性血液检查。通过血液检测发现了26种癌症。其中15例接受了PET-CT成像，其中9例（60％）通过手术切除。
要点2：通过护理标准筛查发现了24种其他癌症，以及两种方法均未发现的46种。1.0％的受试者根据假阳性血液检查进行了PET-CT成像，而0.22％的受试者经历了无效的侵入性诊断。这些数据表明，将多肿瘤血液检测与PET-CT结合可以安全地纳入常规临床护理，并有可能指导肿瘤治疗。
Anne Marie Lennon, et al. Feasibility of bloodtesting combined with PET-CT to screen for cancer and guide intervention.Science, 2020.
DOI：10.1126/science.abb9601
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/27/science.abb96012.
2. Nature Commun.：解码人体运动，可为可穿戴监测迎来转折点？
复杂系统的状态监测需要大量的传感器。特别是，软电子学的研究目标是实现对身体的全面测量，绘制各种刺激（如温度、电生理信号和机械应变）变化图。然而，传统的方法需要许多传感器网络覆盖目标区域的整个曲线曲面。在此，韩国首尔国立大学SeungHwan Ko、韩国科学技术院Sungho Jo等人介绍了一种新的测量系统，一种新型的电子皮肤，它集成了深度神经网络，可以在不创建传感器网络的情况下远距离捕捉动态运动。
3. AM：具有高响应性和可探测性的石墨炔基柔性光电探测器
石墨炔（GDY）是一种新兴的2D碳同素异形体，由于其固有的带隙和高载流子迁移率等优异的电子性能，在各个领域得到了广泛的研究。有鉴于此，深圳大学张晗、张秀文与南开大学徐加良等人通过将超薄GDY纳米片旋涂到柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上，实现了基于GDY的光电化学型（PEC）光电检测。
2）更重要的是，由于GDY具有良好的结构柔韧性，加上PET基板的柔韧性，即使在经过1000次弯曲（4.45 µA cm−2）和扭曲（3.85 µA cm−2）循环后，所制备的PDs仍表现出出色的光响应性能。此外，弯曲的PDs在超过1个月后显示可靠的Pph（3.71 µA cm−2）和可重复的ON/OFF切换信号，表明基于GDY-NSs的PD具有出色的长期稳定性。
3）通过密度泛函理论（DFT）计算，进一步探讨了GDY中H/OH的吸附特性，揭示了GDY在碱性环境下OH‐吸附增强的光响应行为。这一工作不仅为GDY基光电探测奠定了基础，而且为将来高性能柔性的GDY基光电探测器提供了可扩展的可能性。
4. AFM: 全柔性可穿戴传感器获新进展
基于柔性电磁传感器的机械运动传感是一项具有挑战性的工作，因为获得具有有限磁场和增强磁场的柔性磁膜非常复杂。天津大学黄显等人研制了一种全柔性机电系统（MEMS）传感器，通过多层柔性线圈和环形折纸磁膜构成的新型装置中的悬浮柔性磁铁，对复杂的表面形貌具有良好的适应性，实现对机械位移的可穿戴监测。
2）该传感器的完全灵活的格式使其能够通过直接附着在柔软和曲线表面上，在生物物理传感、运动检测、语音识别和机器诊断等方面得到各种应用。
3）类似的传感器可以结合多种传感和能量采集方式，实现无电池和自我可持续的运行，并可以大量部署，以进行分布式传感，用于机器状态评估、健康监测、康复和语音援助。
Zhao,Y., et al, Fully Flexible Electromagnetic Vibration Sensors with Annular FieldConfinement Origami Magnetic Membranes. Adv. Funct. Mater. 2020, 2001553.
5. Science Advances: 新方法！调控蛋白质基水凝胶的形状编程和形变
能够记忆临时形状并响应刺激而变形的智能材料具有革新医学和机器人技术的潜力。目前，最常见的形状变形材料是基于聚合物，需要在硬相和软相之间切换。这些材料通常依赖于两个或多个网络骨架，共享相同的三维空间，或对小离子有化学反应。于此，威斯康星大学密尔沃基分校Ionel Popa和Luai R. Khoury等人介绍一种创新的方法来编程蛋白质水凝胶，并在室温下和水溶液中的诱导形状变化。
Khoury LR, et al. Cation-induced shapeprogramming and morphing in protein-based hydrogels. Science Advances.2020;6(18):eaba6112.
