7篇AM，Chad A.Mirkin、Robert Langer、肖丰收等成果速递丨顶刊日报20190713

纳米人

2019-07-13

1. Nature Catal.：固体氧化物燃料电池的进展和前景

由于固体氧化物燃料电池（SOFC）其高温和脆性陶瓷组件，似乎不太适合运输应用的电源。然而，近年来，材料和电池设计的进步已经开始缓解这些问题。近日，帝国理工学院Paul Boldrin研究团队回顾了这些进展，讨论需要改进的领域以实现全面的商业突破以及催化剂如何协助这些领域。研究人员将使用寿命、退化、燃料灵活性，效率和功率密度确定为SOFC改进的关键方面。并认为催化领域的专业知识，从表面科学和计算材料设计，到改进催化剂和重整器设计，都有助于实现这一目标。

Boldrin, P. et al. Progress and outlookfor solid oxide fuel cells for transportation applications. NatureCatalysis 2019.

DOI:10.1038/s41929-019-0310-y

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0310-y.pdf

2. AM综述：作为活细胞的胞内探针的核酸平台

细胞在分子水平上的化学成分决定了它们的生长、分化、结构和最终的功能。而对这类成分进行检测分析则可以帮助人们了解细胞内部的化学过程，并有望实现基于分子水平的疾病诊断。近年来，核酸探针已被证明是一种很有应用前途的平台，可以在单细胞分辨率下检测多种活细胞内的分析物。美国西北大学Chad A. Mirkin教授团队对这一领域的最新研究进展进行了介绍，对探针设计的常用策略、靶点的类型、目前的局限性和未来的发展方向进行了详细介绍。

Devleena Samanta, Chad A. Mirkin. et al. Nucleic-AcidStructures as Intracellular Probes for Live Cells. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201901743

https://doi.org/10.1002/adma.201901743

3. AM：用于病人特异性治疗的生物混合材料

精准医学的实现需要开发出能够感知和适应动态的生理和病理条件的材料及设备，其中就包括可以对环境刺激进行响应的生物混合材料。通常来说，设计生物混合材料有两种方法：仿生和生物集成。例如生物混合水凝胶，它既可以模拟自然材料的形式和功能，也可以通过集成活细胞或其他生物活性部分来实现对一系列环境刺激（热、光、pH、水合作用、酶、电、机械和磁力等等）的响应。在目前，个性化医疗治疗是一个不断扩大和发展的市场，生物混合材料所具有的独特性能，使其可以配合病人体内具体环境做出动态变化，从而实现更有效和安全的治疗。

麻省理工学院Ritu Raman博士和Robert Langer教授通过介绍一系列的实例，说明了生物混合材料这一新兴学科的巨大潜力，并概述了与这些材料的制备、存储、递送和非侵入性控制相关的技术挑战以及临床转化所面临的诸多问题。

Ritu Raman, Robert Langer. Biohybrid DesignGets Personal: New Materials for Patient-Specific Therapy. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201901969

https://doi.org/10.1002/adma.201901969

4. AM：利用对环境敏感的水凝胶生物材料去递送位点特异性修饰蛋白

控制蛋白质在材料中的表达在许多生物工程的应用中具有重要意义。虽然目前已有一些平台可以根据某种单一的外部条件来控制蛋白质的释放，但是要实现对指定环境敏感的释放以及控制同一材料中多个物种的释放还缺乏相应的有效策略。

华盛顿大学Cole A. DeForest教授团队提出了一种模块化半合成策略来控制位点特异性修饰蛋白的释放。实验利用分选酶介导的转位反应来生成重组蛋白C，并通过对环境敏感的可降解连接剂将其连接在凝胶的末端。结果发现，通过改变这些连接物中多个刺激响应分子的连接性，可以实现多种环境条件控制的蛋白释放。而若将多种蛋白通过不同的刺激敏感连接剂连接在一起，则可以在一种材料中实现多种蛋白独立而有序地释放。这一研究工作也为组织工程和治疗药物的递送提供了一个重要的新策略。

Prathamesh Milind Gawade, Cole A. DeForest. etal. Logic-Based Delivery of Site-Specifically Modified Proteins from Environmentally Responsive Hydrogel Biomaterials. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201902462

https://doi.org/10.1002/adma.201902462

5. AM：3D打印制备具有优异的刚度和弹性的仿生多级石墨烯材料

具有多级结构的生物材料为设计和制备具有优异的力学性能和低密度的仿生材料提供了新的策略。然而，大多数的传统仿生材料只能利用生物材料的单一尺度，这也在很大程度上限制了其最终的力学性能。苏州大学梁志强博士、江林教授和马里兰大学帕克分校Teng Li教授合作提出了一种基于墨水的3D打印策略，并将其用于制备具有超高刚度和弹性的超轻多级石墨烯 (BHGMs)材料。该BHGMs可以在高达95%的压缩力下保持超高的弹性和稳定性。研究表明，BHGMs的分层多级结构可以有效地降低宏观压力，并将微观的压缩形变转化为石墨烯片的旋转和弯曲。这种3D打印策略也有望可以将其他功能材料组装成多级细胞结构，具有非常广阔的应用潜力和价值。

Meiwen Peng, Zhiqiang Liang, Teng Li, LinJiang. et al. 3D Printing of Ultralight Biomimetic Hierarchical Graphene Materials with Exceptional Stiffness and Resilience. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201902930

https://doi.org/10.1002/adma.201902930

6. AM综述：制备耐烧结金属纳米颗粒催化剂的新策略

负载型金属纳米粒子在化工生产中被广泛用作催化剂，但由于金属的高温浸出和烧结现象，其仍然存在失活问题。近年来，人们致力于开发稳定金属纳米颗粒的新策略。近日，浙江大学肖丰收，王亮团队综述了近年来通过强金属-载体相互作用、氧化物或碳层的包封以及沸石晶体内固定制备耐烧结金属纳米颗粒催化剂的研究进展。此外，作者还提出了当前制备高效、稳定的金属纳米颗粒基催化剂的挑战和对未来的展望，并对抗烧结机理提出了建议。

Lingxiang Wang, Liang Wang,* Xiangju Meng,Feng‐Shou Xiao*. New Strategies for the Preparation of Sinter‐Resistant Metal‐Nanoparticle‐Based Catalysts. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201901905

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901905

7. AM：钙钛矿单晶场效应晶体管中电极电化学反应的研究

钙钛矿场效应晶体管（FET）的性能主要受器件不稳定性的阻碍，其起源仍然知之甚少。剑桥大学Henning Sirringhaus和化学所Liang Jiang团队研究了基于CH₃NH₃PbBr₃的钙钛矿单晶FET，并研究了由钙钛矿和金源极-漏极顶部接触界面处的电化学反应引起的器件不稳定性。尽管通过温和，柔软的层压方法形成触点，但发现即使在这种“理想”界面处，在器件偏置时在界面处形成有缺陷的混合层也是有证据的。使用底部接触，底部栅极结构，显示可以通过电极的化学改性使这种反应最小化，这使得能够制造具有高达约15 cm²V^-1 s^-1的高迁移率的钙钛矿单晶FET。这项工作解决了实现高性能溶液处理钙钛矿FET的关键挑战之一。

Wang, J., Senanayak, S. P., Liu, J., Hu, Y.,Shi, Y., Li, Z., Zhang, C., Yang, B., Jiang, L., Di, D., Ievlev, A. V.,Ovchinnikova, O. S., Ding, T., Deng, H., Tang, L., Guo, Y., Wang, J., Xiao, K.,Venkateshvaran, D., Jiang, L., Zhu, D., Sirringhaus, H., Investigation of Electrode Electrochemical Reactions in CH3NH3PbBr3 Perovskite Single‐Crystal Field‐Effect Transistors. Adv.Mater. 2019, 1902618.

https://doi.org/10.1002/adma.201902618

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902618

8. AM：效率超过21％！无掺杂小分子空穴传输材料用于钙钛矿太阳能电池

空穴传输材料（HTM）在实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池（PSCs）中发挥着关键作用。考虑到PSC器件的重复性和长期稳定性，亟需高性能无掺杂剂的小分子HTM（SM-HTM）。然而，无掺杂剂的SM-HTM的PSC的目前效率只有19％。

南方科技大学何祝兵、Xugang Guo和香港大学Aleksandra B. Djurišić团队设计了两种新型供体-受体型SM-HTM（MPA-BTI和MPA-BTTI），其协同地集成了用于高性能HTM的设计原理，并且表现出相当的光电性质，具有不同的分子构型和膜性质。因此，无掺杂剂的MPA-BTTI基倒置PSC实现了21.17％的效率，具有可忽略的滞后和优异的热稳定性以及在光照下的长期稳定性，这打破了无掺杂剂SM-HTM用于高效倒置PSC开发中长期存在的瓶颈。这种突破归因于良好的能级匹配，适当的空穴迁移率，以及最重要的是MPA-BTTI的优异膜形态。设计策略为开发高性能无掺杂剂SM-HTM提供了新途径。

Wang, Y., Chen, W., Wang, L., Tu, B., Chen,T., Liu, B., Yang, K., Koh, C. W., Zhang, X., Sun, H., Chen, G., Feng, X., Woo,H. Y., Djurišić, A. B., He, Z., Guo,X., Dopant‐Free Small‐Molecule Hole‐Transporting Material for Inverted Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 21%. Adv. Mater. 2019, 1902781.

https://doi.org/10.1002/adma.201902781

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902781