纳米前沿顶刊日报20190106

纳米人

2019-01-06

1.Nat. Photonics：晶体实现三维飞秒激光纳米光刻

考虑到应力能诱导裂纹产生、传播，进而使高精度体积处理过程失效，目前人们对硬度较高的光学晶体的纳米构筑仅限于其表面。意大利国家研究委员会Airán Ródenas等人发现，钇铝石榴石、蓝宝石等常见激光晶体的纳米孔化学刻蚀速率可通过刻蚀前使用激光直写技术提高5个数量级以上（从<0.6 nm h⁻¹ 到~100 μm h⁻¹）。这个过程能在不发生脆性断裂的前提下，在厘米级激光晶体内部产生特征尺寸100 nm的任意三维纳米结构。作者进一步在钇铝石榴石和蓝宝石厘米级纳米孔道内组装了亚波长衍射光栅和纳米结构的光波导，证实了该项技术的潜力。作者指出，该技术为纳米光子学相关概念过渡到固体激光器、晶体光学领域提供了道路。

RódenasA, Gu M, Corrielli G, et al. Three-dimensional femtosecond lasernanolithography of crystals[J]. Nature Photonics, 2018.

DOI: 10.1038/s41566-018-0327-9

https://www.nature.com/articles/s41566-018-0327-9#article-info

2.麻省理工Sci. Adv.：二维DNA折纸主链实现全自动程序设计！

DNA折纸术中，主链需要折叠成长长的脚手架来构建各种目标几何形状，而主链序列设计主要通过人工完成，限制了DNA折纸术的发展。美国麻省理工学院Mark Bathe团队报道了一种全新的算法，可实现全自动设计DNA主链，用于构建任何二维DNA折纸脚手架和目标形貌。

Jun H, Zhang F, Bathe M, etal. Autonomously designed free-form 2D DNA origami[J]. Science Advances, 2019.

DOI: 10.1126/sciadv.aav0655

http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaav0655

3.张强Chem综述：固态电解质与安全锂负极之间能源化学的最新进展

由于金属锂负极的高容量和固态电解质固有的安全性优势，固态金属锂电池被视为新一代高比能储能体系最有希望的储能器件。然而，不受控的枝晶生长和界面阻抗严重限制了固态金属锂电池的实际应用。本综述总结了金属锂负极与固态电解质相匹配会产生的问题。首先，作者强调了当前普遍存在的问题，重点在于高界面阻抗、不受控的枝晶生长和低工作电流与容量。第二部分的重点在于理解复合电解质中的离子通道和界面处的空间电荷层。最后，作者对该领域的发展进行了总结与展望。

Chen X, Gao C, et al. Recent Advances inEnergy Chemistry between Solid-State Electrolyte and Safe Lithium-Metal Anodes[J].Chem, 2018.

DOI: 10.1016/j.chempr.2018.12.002

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30541-2?rss=yes

4.Angew.：用于二次镁电池的AlCl₃/MgCl₂/Mg(TFSI)₂杂化电解质的电化学调控与抗水性

可充镁电池凭借丰富的原料来源和低廉的成本优势而被认为是锂基储能器件最有希望的替代品。但是因为有机镁电解液具有很高的敏感性和反应活性，发展高性能的电解质仍然是一个十分严峻的挑战。在本文中，研究人员报道了一种包含三种简单无机盐AlCl₃/MgCl₂/Mg(TFSI)₂的新型杂化电解质。在金属镁沉积-剥离的过程中，这种杂化电解质表现出史无前例的电化学性能：库伦效率高达97%，过电位低至0.1 V，对Al集流体和不锈钢集流体都具有十分高的稳定性。更为重要的是，这种电解质在引入2000 ppm的水分后仍然保持着高反应活性，这就使其具有实际应用的可能性。

He Y, Li Q, et al. ElectrochemicalConditioning‐Free and Water‐Resistanceof the hybrid AlCl₃/MgCl₂/Mg(TFSI)₂Electrolytes for Rechargeable Mg Batteries[J]. Angewandte Chemie InternationalEdition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201812824

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201812824?af=R

5.郑州大学Angew.：Zn活化MoS₂纳米片高效HER，过电位达-194 mV！

MoS₂因其储量丰富且可作为电催化剂高效HER而被广泛研究。在MoS₂上创造缺陷或者掺杂其它原子可提高其HER性能，因此研究如何高效的在MoS₂纳米片上创造面内缺陷，同时又掺杂其它原子是至关重要的。有鉴于此，作者发展了一种一步法制备Zn掺杂的MoS₂纳米片（Zn@MoS₂）同时创造出S空穴的方法，并将合成的Zn@MoS₂材料用于HER。实验发现，该材料具有良好的HER性能，电流密度为10 mA cm^-2时，过电位仅-194 mV，Tafel斜率为78mV/dec。DFT计算表明，Zn的引入不仅减小了S空穴的生成能，同时可以提升临位和次临位的S空穴的HER性能。

Wu W, Niu C, Jia Y, et al. Activation of MoS₂ Basal Planes for Hydrogen Evolution through Zinc[J]. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201812475

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812475

6.AM综述：用于液体活检的纳米技术：循环肿瘤细胞和细胞外囊泡的检测

液体活检能够对分子或细胞生物标志物进行无创动态的分析，因此在诊断、预后、疾病进展及治疗效果监测、了解疾病机制、药物开发和治疗靶点识别等方面具有巨大的应用潜力。Li等人综述了近年来用于液体活检的一些纳米材料例如纳米器件和纳米传感器的研究进展，重点介绍了它们在循环肿瘤细胞(CTCs)和细胞外囊泡(EVs)的检测和表征方面的应用，对信号转导和放大的传感技术以及可视化策略进行了讨论；介绍了用于隔离、检测和分子分析的新型微流控平台，对这些创新材料和技术的机遇、挑战和前景进行了详尽的分析。

Li W Z, Wang H Y, et al. Emerging Nanotechnologiesfor Liquid Biopsy: The Detection of Circulating Tumor Cells and ExtracellularVesicles[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805344

https://doi.org/10.1002/adma.201805344

7.AM综述：血管内的金属基设备用于治疗脑血管疾病

脑血管疾病包括各种脑血管阻碍疾病或脑循环障碍等。目前，含或不含生物修饰铂基线圈已成为降低脑动脉瘤出血风险的常规栓塞装置。此外，许多颅内支架、分流器和支架回收器等都有各自独特的设计结构。为了推进这些设备的临床应用，就需要深入了解这些金属基设备的机械和材料性能。然而，考虑到脑动脉的远端位置和解剖学特征，目前的装置仍很难到达病变区域。因此，迫切需要更灵活的血管内装置来克服现有装置的缺陷。Zhu等人讨论了目前应用于治疗缺血性中风等疾病的设备结构设计的优缺点，进一步推动它们的临床转化；此外还讨论了新型生物降解材料和药物洗脱技术以及个性化装置在脑血管疾病临床治疗中的应用。

Zhu Y Q, Zhang H B, et al.Endovascular Metal Devices for the Treatment of Cerebrovascular Diseases[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805452

https://doi.org/10.1002/adma.201805452

8.ACS Nano：荧光和光声双模成像实时监测体内酶激活的药物释放

实时监测纳米药物在体内的释放在疾病治疗中至关重要，而如何实现这一目标仍是一个重大的挑战。Li等人构建了ICG/DOX@Gel-CuS 纳米医学材料（NMs），它由负载有吲哚菁绿(ICG)以及化疗药物阿霉素的明胶纳米颗粒(NPs)以及周围的CuS NPs组成。ICG的荧光信号最初会被ICG/DOX@Gel-CuS 中的卫星CuS NPs屏蔽，而随着酶激活NMs的降解反应释放DOX，信号也会逐渐地增加。实验采用计算机模拟的理论模型对ICG/DOX@Gel-CuS NMs的酶激活药物释放进行了重建，从而揭示了DOX的释放剂量与ICG荧光强度恢复之间的动力学功能关系。随后将ICG/DOX@Gel-CuS NMs注入MDA-MB-231荷瘤小鼠体内，对其体内药物释放动力学进行了评价。当ICG/DOX@gel - cus NMs在肿瘤内积累后，过表达的酶会引起明胶支架降解并释放DOX和ICG，进而在肿瘤区域的荧光信号会有明显增强。此外，CuS NPs的光声信号也可以用于对NMs进行体内的实时跟踪。因此，利用这种核-卫星结构和NMs在肿瘤部位的可降解性可以实现荧光-光声双模成像来实时无创地监测ICG/DOX@Gel-CuS NMs的DOX释放情况。

Li X L, Bottini M, et al.Core-Satellite Nanomedicines for In Vivo Real-Time Monitoring ofEnzyme-Activatable Drug Release by Fluorescence and Photoacoustic Dual-ModalImaging[J]. ACS Nano, 2018.

DOI: 10.1021/acsnano.8b05136

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05136

9.AFM：碳化MOF作为Al-S电池储硫载体

可充Al-S电池凭借高容量和低成本优势有望成为新一代储能器件。然而，到目前为止，Al-S电池较差的可逆性和短循环寿命严重限制了其实际应用。在本文中，研究人员报道了一种将S锚定在碳化的HKUST-1载体上的复合正极材料（S@HKUST-C）。在1000 mA/g的电流密度下，S@HKUST-C复合正极材料在第75周时可逆容量高达600 mAh/g，在第500周时可逆容量高达460 mAh/g并伴随着高达95%的库伦效率。

Gao Y, Jin H, et al. Carbonized‐MOF as aSulfur Host for Aluminum–Sulfur Batteries with Enhanced Capacity and CyclingLife[J]. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807676

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201807676

10.ACS AMI：高性能的柔性可穿戴压力传感器

柔性可穿戴压力传感器在电子皮肤、医疗监测、智能机器人等方面应用广泛。完美的可穿戴压力传感器应该具备高灵敏度、量程范围大、低检测极限的传感系统。然而目前传统的压力传感器无法同时满足这些要求。杨春雷课题组通过接触点调制技术，利用柔性聚酰亚胺薄膜/粗糙叉状电极/聚二甲基硅氧烷薄膜微结构制备了高性能的柔性可穿戴压力传感器，该传感器灵敏度在0-2.5 kPa范围可达259.32 kPa^-1，最大测量范围达到54 kPa，响应时间约200 μs。在健康监控方面，该压力传感器可实现对人体脉搏的监测；在智能机器人方面，课题组制备的压力传感器/机器人系统可以感知外界轻微的压力并做出迅速的动作反射。该成果为高性能压力传感器的制备提供了一种有效的技术方案，并且有望促进压力传感器在生物医学、健康监测和人工智能等方向的实际应用。

Chen M, et al. Touch point-tailoredultra-sensitive piezoresistive pressure sensors with a broad dynamic responserange and low detection limit[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018.

DOI: 10.1021/acsami.8b20284

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b20284