于洪涛Science、夏幼南、谭蔚泓、魏飞、杨朝勇、廖良生等成果速递丨顶刊日报20191205

纳米人

2019-12-06

1. Science：用单分子成像证实粘连蛋白有DNA环挤压功能

真核生物基因组极具复杂性。如何将宏观尺寸的基因组DNA包装入微米级的细胞核中是生命科学的基本问题之一。粘连蛋白是一个染色体结合的多亚基ATP酶复合物。粘连蛋白在加载到染色体上后，产生染色体环以调节染色体功能。有人提出粘连蛋白通过环挤压来组织基因组，但缺乏直接证据。近日，美国德克萨斯大学西南医学中心于洪涛教授课题组与德克萨斯大学奥斯汀分校的Ilya J. Finkelstein教授课题组合作，利用单分子成像技术在体外实时观测到重组的人源粘连蛋白-NIPBL复合物可以压缩裸露的以及核小体结合的DNA，并证明粘连蛋白-NIPBL复合物通过ATP驱动的环挤压方式来压缩DNA。

研究人员使用单分子成像发现重组人黏连蛋白-NIPBL复合物通过挤压DNA环来压实裸露的和核小体结合的DNA。黏连蛋白压缩DNA需要ATP水解，并且是力敏感的。这种压缩过程以每秒0.5千碱基的平均速率工作于数十千碱基上。双链DNA的压缩表明黏连蛋白二聚体双向挤压DNA环。这些结果表明，黏连蛋白-NIPBL是能够进行环挤出的ATP驱动分子机器。考虑到粘连蛋白的重要生物学功能，这项研究为进一步深入理解真核基因组结构和基因转录调控机制奠定了基础，也为相关疾病发生机理的阐明提供了理论依据。

Yoori Kim, Zhubing Shi, Hongshan Zhang, et al. Humancohesin compacts DNA by loop extrusion. Science, 2019.

DOI: 10.1126/science.aaz4475

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/25/science.aaz4475

2. Nature Catalysis：CuH级联催化炔烃选择性双官能团化

富含对映体的α-氨基硼酸在药物化学中具有独特的地位，他们不仅是蛋白酶体抑制剂中的优先药效团，也是有机合成中合成有用的手性结构单元的关键一环。再这样的背景下，CuH催化的不对称烯烃加氢官能化已成为构建立体碳中心的重要反应。相比之下，利用CuH级联催化来实现炔烃的还原性1,1-双官能化在合成上仍然是一个重大挑战。

有鉴于此，美国斯克里普斯研究所Keary M. Engle和美国匹茨堡大学Peng Liu等人报道了一种由CuH催化的炔烃双官能团话级联催化反应，可以高效实现炔烃硼氢化/加氢胺化级联反应合成α-氨基硼化合物。值得一提的是，该反应可以高选择性地得到所需的1,1-异二官能化的产物，而不是其他的同二官能化，1,2-异二官能化或还原性单官能化的副产物，实现了高的化学，区域和对映选择性。

De-WeiGao et al. Cascade CuH-catalysed conversion of alkynes into enantioenriched1,1-disubstituted products. Nature Catalysis 2019.

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0384-6

3. Nature Commun.：不完全的射频消融治疗会促进肿瘤发展并阻碍免疫治疗

射频消融治疗(RFA)会促进肿瘤发生抗原特异性的T细胞响应，并在临床前环境中增强免疫治疗的效果。苏州大学吴昌平教授和中南大学廖伟华教授合作证明了不完全的RFA (iRFA)导致的残余肿瘤与结肠直肠癌肝转移(CRCLM)患者的早期转移和较差的生存率相关。实验利用小鼠模型证明了iRFA会促进肿瘤的发展并阻碍抗PD -1治疗的效果。免疫分析结果表明，iRFA主要通过骨髓抑制细胞诱导产生持续的局部炎症反应，从而抑制肿瘤T细胞的功能。

机制研究表明，源于肿瘤细胞的CCL2会显著影响单核细胞和肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在肿瘤的积累。而TAMs与肿瘤细胞的相互作用会增强肿瘤细胞产生CCL2的能力。研究也发现在注射CCR2拮抗剂或肿瘤细胞不再表达CCL2后会增强PD-1阻断剂的抗肿瘤活性，因此这一研究也为解决iRFA后残留的肿瘤提供了一种新的解决方案。

LiangrongShi, Changping Wu, Weihua Liao. et al. Inflammation induced by incompleteradiofrequency ablation accelerates tumor progression and hinders PD-1immunotherapy. Nature Communications. 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13204-3

4. Nature Electronics：高压薄膜电子器件在低压集成电路上的单片集成

硅互补金属氧化物半导体集成电路的性能可以通过附加器件层的单片三维集成来增强。例如，硅集成电路在低电压（约1v）下工作，并且可以通过单片集成薄膜晶体管提供高压处理能力。近日，美国密歇根大学RebeccaL. Peterson的研究小组，表明高电压非晶氧化物半导体薄膜晶体管可以集成在硅集成电路的顶部，包含100纳米节点鳍场效应晶体管使用空气中的溶液过程。

为了解决这两个器件层之间的电压失配问题，使用顶部肖特基、底部欧姆接触结构来减少非晶氧化物半导体电路开关电压。这些触点用于形成肖特基门控薄膜晶体管和具有优良开关性能的垂直薄膜二极管。因此，可以创建具有小于1.2 V的开关电压的高电压非晶氧化物半导体电路，其可以直接与硅集成电路集成。

Y oungbae Son , Brad Frost , Yunkai Zhao, etal. Monolithic integration of high-voltage thin-film electronics onlow-voltage integrated circuits using a solution process. Nature Electronics,2019.

DOI: 10.1038/s41928-019-0316-0

https://www.nature.com/articles/s41928-019-0316-0

5. Acc. Chem. Res.: 单分散胶体球的合成，转化和利用

球形胶体粒子(0.01-1 μm)已成为广泛研究的主题，并在光子学，电子学，催化，药物输送和药物等领域得到应用。对于大多数应用领域，至关重要的是要实现尺寸的单分散性，同时在结构和组成方面扩大其多样性。尺寸的均匀性使人们可以在其与胶体颗粒的理化性质之间建立严格的相关性，同时确保实验的可重复性和测量精度。单分散胶体球的化学合成一直是胶体科学，材料化学，材料科学和软物质等领域研究的关键。

近日，佐治亚理工学院夏幼南团队总结了过去二十年来用于简便合成尺寸均匀的胶体球的方法以及成分（包括金属和半导体）和结构（例如，实心，核壳，空心，多孔和Janus等）。作者从合成半导体，低熔点金属和贵金属制成的单分散胶体球开始，讨论了通过化学反应使胶体球转变为具有新的成分和性能的核-壳或中空结构。接下来讨论了具有Janus结构胶体球的合成。最后，作者重点介绍了这些胶体球体的一些应用，包括光子器件的制造，封装等。

JichuanQiu, Pedro H. C. Camargo, Unyong Jeong, Younan Xia. Synthesis, Transformation,and Utilization of Monodispersed Colloidal Spheres. Acc. Chem. Res., 2019

DOI：10.1021/acs.accounts.9b00490

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00490

6. JACS：UiO-67封装Pt纳米颗粒催化CO₂加氢制甲醇：破译MOF的作用

金属有机框架（MOFs）作为催化剂和催化剂载体材料具有广阔的前景。然而，动力学在目标反应中的角色研究却很少。近日，挪威奥斯陆大学Unni Olsbye等制备了Pt纳米颗粒（NPs）嵌入Zr基UiO-67 MOF中这一极其稳定的MOFs催化剂，并对该催化剂在170°C和1-8 bar压力下催化CO₂/H₂形成甲醇这一反应进行了H/D和13C/12C交换，操作红外的稳态和瞬态动力学，光谱和密度泛函理论（DFT）建模研究。

研究表明，甲醇是通过附着在Zr节点上的甲酸盐类物质在Pt NPs和缺陷Zr节点之间的界面处形成的。作者进一步仔细分析瞬态数据后发现，中间体的数量高于每个PtNPs周围MOFs晶格中开放Zr位点的数量。因此，必须有额外的Zr位点才能形成甲酸盐。DFT计算表明，在预处理过程中，大力促进Pt NP的生长，可在预处理过程中置换连接基并形成开放Zr位点。然而，与实验观察到的优异的催化剂稳定性相一致，甲酸形成过程中的连接基置换在能量上是不利的,这与实验观察到的优异的催化剂稳定性相一致。总而言之，该工作提供了确凿的证据，表明甲醇是在Pt NPs和位于Pt NPs表面的连接子缺陷型Zr₆O₈节点的界面处形成的。

EmilS. Gutterød, Unni Olsbye*, et al. Hydrogenation of CO₂ toMethanol by Pt Nanoparticles Encapsulated in UiO-67: Deciphering the Role ofthe MOF. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b10873

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10873

7. Angew: LiPF₆在多孔芳环框架中的快速传导助力固态锂电池

固态锂电池由于具有本征安全性因而在近年来吸引了广泛关注。然而，在固态锂电池中仍然存在着很多问题限制了其进一步发展与实际应用。这些问题包括但不限于能量密度较低、热稳定性较差、循环稳定性不佳以及界面阻抗大等。

在本文中，吉林大学的Teng Ben教授团队使用容纳了LiPF₆的多孔芳环骨架作为固态电解质代替传统液态电解质成功地改善了固态锂电池的电化学性能。理论计算表明芳环框架与Li⁺之间存在较强相互作用。在容纳LiPF₆之后，多孔芳环内还有空间可以允许锂离子迅速脱嵌。该工作为多孔聚合物材料在固态电解质中的应用开辟了道路。

JunyanZou, Teng Ben et al, High Uptake and Fast Transportation of LiPF₆ inPorous Aromatic Framework for Solid-State Li-Ion Batteries, Angew. Chem. Int.Ed., 2019

DOI:10.1002/anie.201913380

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201913380?af=R

8. Angew：NIR-II染料对肽聚糖进行代谢标记用于对肠道微生物群进行体内成像

由于缺乏简便、实时的体内细菌成像策略，目前人们对于哺乳动物肠道菌群的了解还远远不足。厦门大学杨朝勇教授和湖南大学谭蔚泓院士合作设计一种基于NIR-II染料的、对肠道细菌进行活体成像的方法。实验使用D-丙炔丙氨酸（DPG）对小鼠进行灌胃并收集被DPG标记的肠道微生物群，然后将其通过点击化学与含有叠氮的NIR-II染料进行反应，进而再通过灌胃的方法使得小鼠肠道菌群的肽聚糖被标记上NIR-II染料。

在近红外光的辐射下，细菌产生的荧光信号在小鼠肠道内具有较高的空间分辨率和较深的组织穿透性，并且这种化学方法也可用于对不同种类的细菌进行成像，从而扩大了其在微生物学中的适用性。此外，研究通过这一方法也发现肠道菌群的生物分布会受到宿主胃肠动力的显著影响。这一研究所报道的基于NIR-II的代谢标记策略也为在体内观察深层组织中的微生物群提供了首个方案，从而为破译了解这些肠道“暗物质”的复杂生物学提供了一个新的有力工具。

WeiWang, Chaoyong Yang, Weihong Tan. et al. Metabolic Labeling of Peptidoglycanwith NIR-II Dye Enables in vivo Imaging of Gut Microbiota. Angewandte ChemieInternational Edition. 2019

DOI:10.1002/anie.201910555

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910555

9. AM：沸石骨架局部结构与轻元素的原子时空成像

通过（扫描）透射电子显微镜（(S)TEM）从时空维度上明确多孔材料的原子结构对于其在催化、分离、能源存储等领域的广泛应用至关重要。然而，材料对电子束的敏感性使其容易遭受电子束的损害，从而不能保证其分辨率及信噪比。因而，在一个晶体的相同区域捕获多个图像并对晶格的时间变化成像仍极具挑战。鉴于此，来自清华大学魏飞教授、Xiao Chen等采用集成的差分相衬（iDPC）STEM，以低于常规STEM2-3个数量级的40 e⁻Å^-2超低剂量实现电子束敏感沸石骨架的原子成像。

基于iDCP技术，在原位实验中，不仅观察到ZSM-5晶体的原子3D结构，而且可观察到框架的变化。此外，可以直接使用iDCP-STEM观测ZSM-5晶体的局部结构及其上的轻元素芳烃。该研究手段不仅提供了一种电子束敏感材料的有效观测技术，而且也为催化剂上观测碳氢化合物等轻元素化合物提供了有效的手段。

BoyuanShen, Xiao Chen*, Dali Cai, Hao Xiong, Xin Liu, Changgong Meng, Yu Han, Fei Wei*, Atomic Spatial and Temporal Imaging of Local Structures and Light Elementsinside Zeolite Frameworks, Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201906103

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906103

10. AFM: 双配体对稳定的蓝色准2D钙钛矿发光二极管

自几年前无机-有机杂化钙钛矿的出现以来，在绿色和红色钙钛矿发光二极管（PeLEDs）领域取得了许多有希望的成就。尽管如此，蓝光PeLED的性能仍面临挑战。

苏州大学廖良生教授、王照奎教授和河南师范大学刘玉芳教授课题组通过引入两种不同的配体（PEABr, NPABr2）形成准2D钙钛矿薄膜。配体独特协同作用使得该薄膜可以显示稳定的蓝光发射。制成的PeLED具有2.62％的最大外部量子效率和8.8 min的半衰期（T₅₀）。同时，其峰值位于485 nm处的电致发光光谱显示出了通过施加不同的偏压可以改善稳定性。这项研究为实现稳定的蓝色PeLED具有高性能提供了新的途径。

Synergistic Effect of Dual Ligands on Stable Blue Quasi‐2D Perovskite Light‐Emitting Diodes

DOI:10.1002/adfm.201908339

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908339