顶刊日报丨复旦、厦大、上海交大、川大、中南、北大深研院等成果速递20200128

纳米人

2020-01-29

1. AM：新型仿生病毒样制剂用于多药耐药肿瘤治疗

尽管仿生类病毒策略已被广泛应用于抗肿瘤领域，但构建形状独特的类病毒制剂并优化其特定形态特征以实现多种抗肿瘤功能仍是值得研究的课题。在此，四川大学顾忠伟及南京工业大学Xu Xianghui等人提出了一种新型策略来构建与杆状烟草花叶病毒(TMV)结构相似的人工烟草花叶病毒(ATMV)。此超分子阵列是由特制的衣壳模拟树突的小而重复的亚单位在RGD修饰的单壁碳纳米管上自组装而成，通过此方法构建的ATMV具有高度结构稳定性。

ATMV被巧妙地设计为具有屏蔽、靶向和布防功能，包括屏蔽病毒以防过早消除，选择性地靶向肿瘤组织，以及使病毒具有溶瘤能力。这些细长的颗粒在到达肿瘤部位之前一直隐藏在血液中，然后它们诱导强大的复合溶瘤过程，包括细胞膜穿透、内质网破裂导致Ca²⁺释放、化疗递送和光热治疗。令人兴奋的是，ATMVs不仅能溶解原发感染细胞，还能渗透到邻近细胞进行二次感染，在细胞间扩散，甚至能在实体瘤深处继续诱导溶解。综上所述，这项工作制备了一种形状独特的病毒样制剂，其具有战术优化的溶瘤功能，完全击败了大型耐药结肠瘤(LoVo/Adr，≈500mm³)。

HuayuWu, Dan Zhong, Zhijun Zhang, et al. Bioinspired Artificial Tobacco Mosaic Viruswith Combined Oncolytic Properties to Completely Destroy Multidrug‐Resistant Cancer. Adv. Mater., 2020.

https://doi.org/10.1002/adma.201904958

2. Nano Energy综述：金属锌负极在水溶液锌离子电池中的应用研究进展

使用中性水溶液电解质的锌离子电池由于具有高能量密度、高安全性、成本低廉等优势而最有希望在大规模能量储存中得到应用。尤其是近年来，随着电网需求的逐渐增加，水溶液锌离子电池也逐渐得到了电池开发者们的关注。不过，目前有关水溶液锌离子电池的研究多集中在正极材料上，有关改善金属锌负极电化学性能的研究尚处于早期阶段。当前，金属锌负极面临的挑战主要是由于金属锌枝晶生长、自腐蚀、不可逆副产物形成等因素导致的循环稳定性不佳和库伦效率低下。

为了解决相关问题，研究人员们采用界面修饰、电解液组分调控、负极结构设计以及采用新型隔膜等策略来改善金属锌负极在中性水溶液中的电化学性质。在这篇综述文章中，香港工业大学的Bin Fei与北京大学深圳研究生院的Feng Pan等对近年来有关金属锌在水溶液中的电化学改善工作进行了概括总结并对该领域未来的发展机遇与挑战进行了总结展望。

HaoJia, Bin Fei, Feng Pan et al, Recent advances in zinc anodes forhigh-performance aqueous Zn-ion batteries, Nano Energy,2020

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104523

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221128552030080X?dgcid=rss_sd_all#!

3. Adv Sci.：新型脂蛋白样miRNA递送纳米结构用于胶质瘤治疗

胶质瘤起始细胞(GICs)是胶质瘤增殖和复发的种子细胞。设计一种智能而有效的策略来靶向GICs，并抑制与干细胞特性和化疗耐药相关的多个信号通路，对实现癌症治疗而言至关重要。受GICs、分化胶质瘤细胞和正常细胞在内吞作用方面的代谢差异的启发，上海交通大学基础医学院高小玲、陈红专，复旦大学陈钧等人开发了一种定制的类似脂蛋白的纳米结构，通过受体刺激的巨胞饮作用将其内化到GICs中。由于CXCR4在GICs和胶质瘤部位高表达，同时CXCR4的激活诱导受体刺激的巨噬细胞吞噬途径，这种CXCR4受体刺激的脂蛋白样纳米粒子(SLNP)在GICs中实现了体内和体外的高效蓄积。

通过携带microRNA-34a，这种定制的SLNP降低了性别决定区域Y-box2和Notch1的表达，有力地抑制了GICs的干细胞特性和化疗耐药性，并显著延长了GICs荷瘤小鼠的存活时间。综上所述，这种定制的基于脂蛋白的纳米结构通过受体刺激的巨胞饮作用实现了GICs的高效积聚和治疗效果，为RNA干扰药物治疗胶质瘤提供了强大的纳米治疗平台。

GanJiang, Huan Chen, Jialin Huang, et al. Tailored Lipoprotein‐Like miRNA Delivery Nanostructure Suppresses Glioma Stemness andDrug Resistance through Receptor‐StimulatedMacropinocytosis. Adv. Sci., 2020.

https://doi.org/10.1002/advs.201903290

4. AFM：4 nm Mn₃O₄纳米颗粒组装中性条件下的高效水氧化电催化剂

电化学分解水是产生环境友好型氢能的方法之一，过渡金属（TM）型催化剂因其成本低廉和资源丰富而备受关注，但其活性低仍然是一个挑战。近日，首尔国立大学Ki Tae Nam等人成功地合成了4 nm Mn₃O₄纳米颗粒（NPs），并研究了它们的电化学行为。

通过电化学分析，作者证实4nm和8 nm Mn₃O₄ NPs之间具有相同的水氧化机制，并且活性表面积的增加与4 nm Mn₃O₄ NPs的高催化活性密切相关。为了进一步提高氧气释放反应（OER）的性能，作者引入Ni泡沫基底以使参与OER的NPs的总数最大化。在中性条件下（0.5 M PBS，pH=7），4 nm Mn₃O₄/Ni泡沫电极在10mA cm^-2的电流密度下，对OER表现出优异的电催化活性，过电位为395 mV。

KangHee Cho, Hongmin Seo, Sunghak Park, Yoon Ho Lee, Moo Young Lee, Nam Heon Cho,Ki Tae Nam. Uniform, Assembled 4 nm Mn₃O₄ Nanoparticlesas Efficient Water Oxidation Electrocatalysts at Neutral pH. AdvancedFunctional Materials. 2020

DOI: 10.1002/adfm.201910424

https://doi.org/10.1002/adfm.201910424

5. EnSM: 凝胶电解质的离子限域效应助力可逆无枝晶金属锌负极

水溶液锌离子电池被视为最具希望替代现有锂离子电池的储能器件。然而，金属锌负极枝晶生长和不可逆消耗造成的容量衰减、循环寿命不足等问题严重制约了水溶液锌离子电池的实际应用。最近，中南大学的Jiang Zhou等通过离子交联手段制备了一种分级三维Zn²⁺导体凝胶电解质（Alg-Zn）来解决金属锌负极电化学不可逆的问题。在水溶液锌离子电池体系中，这种Alg-Zn凝胶电解质的离子电导率高达1.83×10^-2S/cm且机械性能优异。

得益与Alg-Zn电解质的离子限域能力，Zn/Zn对称电池能够稳定沉积-剥离超过200小时而不产生枝晶。研究人员利用该凝胶电解质组装了具有较高稳定性和优异倍率性能的Zn/MnO₂水溶液全电池。特别值得注意的是，经过60小时的静置后，该全电池能够迅速恢复正常工作并表现出高达320mAh/g的放电容量。研究表明，凝胶电解质能有效地抑制牛顿液态电解质中常见的静态副反应，从而使锌基电池具有优异的保质期和恢复能力。

YangTang, Jiang Zhou et al, Ion-Confinement Effect Enabled by Gel Electrolyte forHighly Reversible Dendrite-Free Zinc Metal Anode, Energy Storage Materials, 2020

DOI: 10.1016/j.ensm.2020.01.023

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720300301?dgcid=rss_sd_all

6. EnSM: 双功能催化位点与缺陷工程的协同效应助力高性能Li-CO₂电池

Li-CO₂电池凭借高能量密度、CO₂固定能力以及环境友好等优势而被视为最具希望的储能器件。然而，Li-CO₂电池仍然面临着循环寿命太短、过电势太大等问题，这严重限制了其实际应用。因此，设计高效正极催化剂对于改善Li-CO₂电池的电化学性能至关重要。最近，河南师范大学的Yun Qiao和Yang Liu等通过将超细Ru纳米颗粒负载在N,S共掺杂的石墨烯（Ru/NSG）中并将其作为正极材料有效地改善了Li-CO₂电池的电化学性能。超细的Ru纳米催化剂能够减少放电产物Li₂CO₃的分解。

具有三维结构的N,S-共掺杂石墨烯为电池反应提供了丰富的载流子传输通道和反应空间。得益于Ru纳米催化剂的催化效应和N,S-共掺杂石墨烯的缺陷工程调控， CO₂还原与析出反应的动力学和效率都得到了显著的改善。在这种情况下，Li-CO2电池在100mA/g的电流密度下能够实现高达12448mAh/g的高容量和94.6%的高库伦效率以及长达100周的循环寿命，其过电势低至1.40V。该工作为设计高性能金属-气体电池正极材料提供了借鉴。

YunQaio, Yang Liu et al, Synergistic Effect of Bifunctional Catalytic Sites andDefect Engineering for High-performance Li-CO₂ Batteries,Energy Storage Materials, 2020

DOI：10.1016/j.ensm.2020.01.021

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720300283?dgcid=rss_sd_all#!

7. EnSM: 高亲硫性NiCo₂S₄纳米管促进高载量Li-S电池中的多硫化物转化

Li-S电池凭借其超高的能量密度和低成本等优势而吸引了诸多关注。然而，硫电极不导电的特性、可溶性多硫化物的穿梭效应、多硫化物转化迟滞的动力学特点以及体积变化等问题严重限制了Li-S电池的实际应用。近年来，很多研究人员利用无机-有机极性载体作为多硫化物固定剂或氧化还原促进剂取得了一系列进展。最近，厦门大学的Li Zhang团队等将由二级开放孔道结构组成的自组装NiCo₂S₄纳米管用作高载量Li-S电池的高效载体材料。

这种NiCo₂S₄载体具有大孔隙率、高电子电导、快速离子传导、多硫化物固定能力和优异的多硫化物氧化还原催化能力等优势，因此能够显著改善多硫化物穿梭问题以及多硫化物转化动力学。NiCo₂S₄/S正极在0.2C的电流密度下能够实现高达1387mAh/g的可逆放电比容量，在2C下循环500周后的容量仍然有543mAh/g。值得注意的是，在硫载量高达8.9mg/cm²的高载量硫电极中，NiCo₂S₄纳米管的存在使得该电极的可逆容量高达8.3mAh/cm²。此外，采用此电极构建的软包电池高载量（4.5mg/cm²）软包电池能够供给169个二极管发光，这说明其具有进一步应用的潜力。

ShaLi, Li Zhang et al, Propelling Polysulfide Conversion for High-LoadingLithium-Sulfur Batteries through Highly Sulfiphilic NiCo₂S₄ Nanotubes, EnergyStorage Materials, 2020

DOI：10.1016/j.ensm.2020.01.017

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720300234?dgcid=rss_sd_all

8. Theranostics：红细胞膜包裹的铁矿化酶用于体内自激活级联反应以治疗肿瘤

暨南大学戴箭副研究员、林宏生教授和薛巍教授合作构建了一种仿生酶级联递送纳米系统，即利用肿瘤靶向的红细胞膜(EM)包裹铁矿化的葡萄糖氧化酶GOx-Fe0@EM-A，它可通过在体内进行自激活级联反应以在肿瘤部位产生足够的高毒性•OH，从而增强抗癌效果。实验将超小的Fe⁰纳米颗粒(Fe⁰NP)固定在葡萄糖氧化酶(GOx)的内部形成铁矿化的葡萄糖氧化酶(GOx-Fe⁰)。并随后利用红细胞膜对GOx-Fe⁰进行包裹，使其可以有效地在肿瘤部位积聚。

结果表明，GOx-Fe⁰@EM-A具有良好的生物相容性和光触发释放的效率，其中的红细胞膜不仅能延长血液循环，而且能保护体内的GOx-Fe⁰酶活性。在利用近红外光对肿瘤部位进行照射后，ICG产生的光热效应会破环GOx-Fe⁰@EM-A的红细胞膜，实现超小纳米尺寸GOx-Fe⁰的光驱动释放并深度地穿透肿瘤。随后GOx-Fe⁰会在体内发生自激活级联反应，在肿瘤部位产生•OH进而有效地治疗肿瘤。

WenLiu, Hongsheng Lin, Jian Dai, Wei Xue. et al. Self-activated in vivotherapeutic cascade of erythrocyte membrane-cloaked iron-mineralized enzymes.Theranostics. 2020

DOI:10.7150/thno.39621

https://www.thno.org/v10p2201.htm