纳米前沿顶刊日报20190304
纳米人 纳米人 2019-03-03
1. 莫纳什大学Science:通过室温下循环塑性变形实现铝合金的析出强化

高强度铝合金对于实现轻量化的机动车辆十分重要,现已广泛应用于飞机并逐步用于汽车。高强度铝合金的制造需要一系列高温“烘烤”(120-200 ℃)处理,从而通过固体析出的过程形成高数量密度的纳米颗粒。澳大利亚莫纳什大学Christopher Hutchinson等人发现,合理调控室温循环变形能在材料内部持续注入空位,调节细小(1-2 nm)分布的溶质团簇的动力学析出过程。虽然这种处理方法的时间很短,但所得材料具有相对于传统热处理材料更好的强度以及拉伸性能。同时,相比传统热处理而言,这种处理方式所形成的微观结构明显更均匀,不存在无析出带。因此,所得合金抗损性更好。

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图1. 传统热处理以及循环强化(CS)所得合金的力学响应

 

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图2. 传统热处理以及CS方法所得合金的微结构


Sun W, Zhu Y, Marceau R, et al. Precipitation strengthening of aluminum alloys by room-temperature cyclic plasticity. Science, 2019.

DOI: 10.1126/science.aav7086

http://science.sciencemag.org/content/363/6430/972

2. 辛辛那提大学Nature Biotech.综述:获取生物液体中的分析物,用于外周生化监测

辛辛那提大学Andrew Jajack教授团队对通过分析生物液体来进行外周生化检测的研究进行了综述。外周生物化学监测是指使用可穿戴设备对生物液体(如组织液、唾液、眼泪和汗水)中的分析物进行微创或非侵入性测量。到目前为止,这一领域也已取得了一系列关键的技术发展,包括使用内置的传感针去监测组织液中葡萄糖含量以及开发对汗液中分析物刺激进行评估的设备等。而通过新的电化学传感方式来进一步拓展连续传感技术将是未来研究的重点。虽然目前研究在可穿戴技术上投入了大量资金用于检测分析物,但是在理解生物液体分泌的生理学机制方面的投入还较少。然而,作者认为阐明基础生物学机理对于推动这一领域的技术进步至关重要,这也将是其在未来所面临的最大挑战。


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Heikenfeld J, Jajack A, et al. Accessing analytes in biofluids for peripheral biochemical monitoring. Nature Biotechnology, 2019.

DOI: 10.1038/s41587-019-0040-3

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0040-3

 
3. Chem. Rev.:钙钛矿太阳能电池:背景,现状及展望

钙钛矿太阳能电池经过短短几年的发展,其性能已经超过了近十年来太阳能电池中使用的半导体化合物(如CdTe和CIGS(铜铟镓硒))的最高效率。通过简单且廉价的溶液工艺制备的钙钛矿薄膜在商业化太阳能电池上有着巨大的潜力。近日,日本桐荫横浜大学Tsutomu Miyasaka教授发表最新关于钙钛矿电池背景,现状及展望的综述。在该综述中,重点讨论了钙钛矿太阳能电池稳定性、非铅全无机钙钛矿、混合钙钛矿结构的组分工程的问题、挑战及展望。此外,也对非光伏应用,如工业化中的X射线探测器和图像传感装置进行了相关讨论。

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Jena A K, et al. Halide Perovskite Photovoltaics: Background, Status, and Future Prospects. Chemical Reviews, 2019.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00539

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00539

 
4. Chem. Rev.:卤化物钙钛矿:界面的重要性!

界面的设计和修饰在钙钛矿太阳能电池及发光二极管中起着关键的作用。钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的显着改进也主要归因于界面层的作用。近日,法兰西光伏研究所(IPVF)的Philip Schulz等人发表了最新针对钙钛矿界面这一问题的综述。

 

在该综述第一章描述了这些界面方法的独特挑战和机遇。第二章阐明裸露的钙钛矿薄膜和晶体表面的基本物理和化学性质,包括表面终止状态,表面反应性和电子结构等。第三章讨论常受到质疑的若干问题,比如真空能级校准,界面偶极子的重要性以及界面形成的带弯曲。紧接着接着作者通过化学反应和表面钝化对界面能量和稳定性的影响,详细阐述界面形成对器件性能的影响。最后的第四章作者为下一步钙钛矿半导体的界面设计提出了路线图,以便为定制的界面优化提供预测能力,同时也强调对界面能量学和化学(即反应性)控制的重要性。

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Schulz P, et al. Halide Perovskites: Is It All about the Interfaces?. Chemical Reviews, 2019.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00558

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00558

 
5. 黄劲松Nature Commun.:揭开层状钙钛矿太阳能电池的工作原理!

层状钙钛矿已被证明可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性,而其工作机制尚不清楚。黄劲松课题组通过观测其真实形貌,研究高性能层状钙钛矿太阳能电池中光转换为电流的过程。研究发现,层状钙钛矿薄膜是层状和三维(3D)状相的混合物,在垂直和横向方向上具有微米和纳米级的相分离。这种相分离可以通过以下两点解释。其一,表面初始的结晶过程;其二,3D和层状钙钛矿之间的结晶竞争。并进一步提出,层状钙钛矿太阳能电池的工作机制涉及从分层到类似3D的钙钛矿网络的能量转移。最后,还讨论了热基底涂膜(hot-cast)对层状钙钛矿的形貌和电池的性能影响。

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Lin Y, Fang Y, Zhao J, et al. Unveiling the operation mechanism of layered perovskite solar cells. Nature Communications.

DOI: 10.1038/s41467-019-08958-9

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08958-9

 

6. 中科大AM:N掺杂Pt-Ni纳米线高效HER,最低过电位13 mV!

Pt基催化剂在碱性条件下电解水的决速步骤是水解离相关的Volmer过程,然而,它的本质,尤其是原子水平的本质仍然不清楚。近日,中科大王功名教授和刘晓静副研究员团队发现,电解水动力学缓慢的一个原因是轨道方向的不匹配,他们通过引入N调控轨道,成功提高了催化剂性能。Pt–Ni纳米线经N修饰后,10 mA cm−2电流密度对应过电位仅13mV。进一步实验和DFT计算表明,N的引入不仅可以调控Ni位点的电子密度,还可以创造空的相匹配方向的dz2轨道用于水的吸附和活化。

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Xie Y, Liu X, Wang G, et al. Boosting Water Dissociation Kinetics on Pt–Ni Nanowires by N-Induced Orbital Tuning. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201807780

https://doi.org/ 10.1002/adma.201807780

 
7. Nam-Gyu Park最新ACS Energy Lett.:又是甲胺气!钙钛矿簇助力大面积刮涂成膜!

对于规模化的钙钛矿太阳能电池(PSC),在大面积(> 100 cm2)上沉积均匀和高质量的钙钛矿薄膜是先决条件。用于小面积旋涂的常规溶液通常含有高沸点的极性非质子溶剂,由于极性非质子溶剂与路易斯酸性PbI2或钙钛矿之间的强相互作用,无法控制和缓慢的干燥过程而难以用于大面积刮涂。因此,前体溶液在大面积涂层的成功中起着至关重要的作用。Nam-Gyu Park团队报道了适用于大面积钙钛矿薄膜的前躯体溶液。通过甲胺气体介导的固液转化制备的溶液含有预先形成的钙钛矿簇。在100 cm2的面积上通过刮涂制备出的CH3NH3PbI3薄膜,显示出四方/立方超晶格结构,具有高度优选的取向。最佳器件的效率为17.82%。

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Jeong D-N, et al. Perovskite Cluster-Contained Solution for Scalable D-bar Coating Toward High Throughput Perovskite Solar Cells. ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00042

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00042

 

8. 张旭东&梅林ACS Nano:来源于外科切除的肿瘤的个性化光热疫苗用于癌症免疫治疗

个性化的肿瘤疫苗可以诱导有效和持久的抗肿瘤反应,因此在癌症免疫治疗中具有巨大的应用潜力和价值。然而,由于肿瘤抗原往往免疫原性低、免疫应答弱,目前对于个性化肿瘤疫苗的开发还有很多的阻碍亟待解决。手术切除的肿瘤中往往含有针对患者的肿瘤抗原,这也为个性化的肿瘤疫苗提供了很好的来源。中山大学药学院(深圳)梅林教授课题组和中山大学医学院张旭东团队利用手术切除的肿瘤制备了个性化光热疫苗,并结合PD-1检查点阻断抗体可以有效预防肿瘤复发和转移。

 

实验制备被手术切除的肿瘤的细胞膜包覆的黑磷量子点纳米囊泡(BPQD-CCNVs),并将其装入含有GM-CSF和LPS的热敏水凝胶中。皮下注射Gel-BPQD-CCNVs后发现它可以持续释放GM-CSF来有效募集树突状细胞(DCs)去捕获肿瘤抗原。近红外光照射和LPS会刺激DCs的活化,使得DCs进入淋巴结并且向CD8+ T细胞表达抗原。此外,通过与PD-1抗体联合应用,该疫苗也显著增强了肿瘤特异性CD8+ T细胞清除手术残余肿瘤和肺转移瘤的能力。综上所述,这一工作为个性化癌症疫苗的临床开发提供了一个非常好的策略。

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Ye X Y, Liang X, et al. Surgical Tumor-Derived Personalized Photothermal Vaccine Formulation for Cancer Immunotherapy. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b07371

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b07371

 

9. 中山大学吴钧AFM:聚阿魏酸用于作为抗癌药物载体增强对结肠癌的治疗效果

结肠癌是全球第四大癌症死亡的原因,对结肠癌的治疗也需要新的策略来进一步提高治疗效果。近年来,纳米药物载体的出现使得减轻化疗药物的全身毒性成为可能,对于增强对结肠癌的治疗效果也大有帮助。中山大学吴钧教授团队首次将植物衍生的阿魏酸聚缩成聚阿魏酸(PFA),并将其作为一种优良的抗癌药物载体进行研究。

 

PFA可以通过纳米沉淀法自组装成纳米颗粒,这种PFA纳米颗粒的直径约为100 nm,具有8.3%的紫杉醇(PTX)的载药量。CT26细胞实验及其小鼠模型的评价表明,负载了PTX的PFA纳米颗粒(PFA@ PTX NPs)在体内外均能显著抑制结肠癌。同时,无负载的PFA NPs在肿瘤小鼠模型也内发现具有肿瘤抑制作用,说明PFA本身在体内就具有一定的抗癌作用。综上所述,基于聚阿魏酸的新型纳米颗粒不仅能有效地递送化疗药物,而且其自身也具有良好的抗癌治疗效果,为结肠癌的临床治疗提供了一个很好的平台。

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Zheng Y H, You X R, et al. Poly(Ferulic Acid) with an Anticancer Effect as a Drug Nanocarrier for Enhanced Colon Cancer Therapy. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201808646

https://doi.org/10.1002/adfm.201808646

 

10. 高识&马庆杰&宋继彬AFM:尺寸变小、穿透更深、响应多刺激的聚合物-金纳米棒用于光声成像

好的实体肿瘤诊疗平台可以有效地在肿瘤细胞中递送和释放抗癌纳米药物。然而,各种各样的生物屏障,尤其是与肿瘤微环境有关的生物屏障严重阻碍了这些诊疗试剂到达肿瘤细胞。吉林大学中日联谊医院核医学科高识和马庆杰团队以及福州大学宋继彬教授课题组合作报道了一种对pH和氧化还原反应刺激响应的聚合物-金纳米棒(AuNR)组装结构(NP),它可以通过两个阶段的尺寸减小和对特定肿瘤微环境的响应式解组装来克服这些障碍。

 

这种复合NP的肿瘤摄取率为14.2% ID g-1,是无刺激响应能力的复合NPs和小尺寸AuNR@PEG材料的2倍和4倍。该复合NPs被肿瘤摄取后,被阿霉素(DOX)前药单体包覆的超小AuNRs会发生解组装并穿透进入实体肿瘤深部释放DOX。实验也发现,由PA激活的,AuNR簇表面的聚合物的光声(PA)效应和PA激光强度呈线性正相关,表明电磁效应在AuNR组装物中起着关键作用,这与理论计算结果也保持一致。因此,这种复合NPs可作为一种有前途的深部组织PA造影剂和表面增强的拉曼散射显像剂,用于实时的体内生理行为研究和追踪深部穿透肿瘤的纳米材料的治疗效果。

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Liu T J, Tong L L, et al. Two-Stage Size Decrease and Enhanced Photoacoustic Performance of Stimuli-Responsive Polymer-Gold Nanorod Assembly for Increased Tumor Penetration. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201806429

https://doi.org/10.1002/adfm.201806429

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