离子可控传输是维持众多正常生理活动的重要基础, 而实现可控离子传输的关键是生命体系中的各类蛋白质离子通道. 受此启发, 科研工作者开发了一系列仿生智能离子通道, 实现了类似生命体中的可控离子传输. 其中, 基于水凝胶体系的离子通道由于其空间荷电性和三维互通特性, 展现出高离子选择性和高离子通量的优点. 同时, 水凝胶基离子通道的生物相容性、 可形变特性及稳定的离子储存特性, 使其成为智能离子传输领域的研究热点之一, 该类材料已被广泛应用于离子-电子电路、 医疗健康、 能源转化与存储以及资源与环境等领域. 本文主要从水凝胶基智能离子通道的构筑方法出发, 阐述了凝胶内部离子传输机制, 并对其在各领域的应用进行了总结, 最后对目前水凝胶基离子通道存在的问题及未来发展趋势进行了展望.
受限在二维纳米孔道的盐溶液的研究对离子输运与筛分、 超级电容等领域具有重要意义, 而分子动力学(MD)模拟已成为其中重要的手段. 但通常MD模拟力场却很难准确描述石墨烯等二维材料与离子之间的离子-π相互作用; 溶剂效应对离子在材料表面吸附的调控作用也缺乏深入研究. 针对Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-离子与石墨烯材料, 本文基于平均力势(PMF)发展了模拟它们之间相互作用的力场参数. 使用该力场模拟的(溶液中)石墨烯表面离子吸附自由能与量子化学计算结果一致, 验证了其准确性. 进一步发现离子水合半径、 离子接近石墨烯时水合数的拐点、 PMFwat(溶剂对离子吸附在石墨烯表面PMF的贡献)极小值位置及石墨烯表面水层位置之间有明显关联. 在此基础上阐明了离子脱水及石墨烯表面水层状分布对PMFwat的调控作用. 模拟了1 mol/L盐溶液/石墨烯界面体系. 以上体系使用通常力场参数模拟时, 离子在石墨烯表面吸附都很微弱, 这表明离子-π相互作用对准确模拟盐溶液-石墨烯体系不可或缺.
分裂内含肽通过剪接反应实现多肽片段的连接， 具有高效且无痕的特点， 受到了广泛关注. 本文基于分裂内含肽的结构特征与剪接反应过程， 结合近年来关于分裂内含肽性能优化和应用研究进展进行了综合评述， 揭示其作为一种日渐成熟的蛋白质工程化技术在蛋白质化学合成领域的前景， 并简要分析了目前分裂内含肽工具面临的问题与挑战， 并对可能的解决方案进行了展望.
将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合, 构建了一种新型传感器, 实现了高通量、 实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物. 研制的ZIF-8-Nafion/ITO 基微流控电化学传感器对Cd2+， Pb2+及Hg2+离子在0.1~100 μmol/L的浓度范围内具有良好的线性关系, 检出限分别为 0.055， 0.0025及0.0016 μmol/L（S/N=3）. 该微流控芯片对于样品的需求量少, 可降低对能源的消耗; 同时由聚二甲基硅氧烷拓印的微流控器件还有望实现柔性电极的功能, 对便携式电化学柔性器件在生物和环境样品的集成化和自动化检测具有重要意义.
以聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相, 聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和姜黄素(Cur)的二氯甲烷溶液为油相, 采用水包油包水的双乳液法制备了包载姜黄素的PLGA纳米颗粒(PLGA@Cur NPs), 改善了姜黄素的分散性, 提高了其抗氧化和抗炎性能. 动态光散射粒度仪(DLS)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果显示, PLGA@Cur3呈均匀的球形， 平均尺寸为(340±15) nm， 多分散指数(PDI)为(0.22±0.01)， 电位为(-20.2±4.2) mV, 具有良好的稳定性. 高效液相色谱(HPLC)分析结果表明， PLGA@Cur3 NPs中Cur的包封率为15.09%, 载药率为34.85%. 细胞水平结果显示, PLGA@Cur NPs具有良好的生物相容性, 能够清除多种活性氧(ROS), 有效降低RAW 264.7巨噬细胞分泌的促炎细胞因子含量, 缓解细胞水平的炎症.
近年来, 具有刚性稠环结构的非富勒烯受体的出现促进有机太阳电池迅速发展, 其光电转换效率已经突破了19%. 与稠环结构受体相比, 非稠环受体因其分子结构相对简单、 合成步骤相对较少以及合成相对容易等优点, 近年来受到了广泛关注. 自2017年以来, 非稠环受体材料家族已经扩展到了100个分子以上, 光电转换效率也从最初的4%提高到了16%, 其研究前景广阔. 本综合评述根据这类分子非稠环骨架的结构特征, 将其分为完全非稠环和A-D-C n -D-A型非稠环两大类, 从非稠环骨架和侧链两个角度来关联分子结构与材料性能及光伏性能之间的构效关系, 重点聚焦非稠环骨架结构、 分子内非共价相互作用及侧链结构对能级、 带隙和器件性能的调控, 从开路电压、 短路电流和填充因子3个方面对这类材料的未来发展进行了展望.
环磷酸鸟苷酸合成酶[Cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate(GMP-AMP) synthase, cGAS蛋白]-干扰素刺激因子(Stimulator of interferon genes, STING蛋白)(cGAS-STING)信号通路是识别细胞质中异常DNA、 激活先天免疫应答系统的重要通路. cGAS蛋白在识别细胞质内异常DNA后, 可催化三磷酸腺苷(ATP)和三磷酸鸟苷(GTP)合成环状鸟苷酸二磷酸腺苷(Cyclic GMP-AMP, cGAMP). cGAMP作为第二信使激活STING蛋白, 促进I型干扰素的释放, 从而引起一系列免疫反应. cGAS-STING通路可以调控肿瘤的转移和增长, 参与抗肿瘤的先天免疫反应, 探究cGAS-STING通路的作用机制在肿瘤免疫治疗中具有重要意义. 本综合评述介绍了cGAS-STING通路的作用机制, 概述了目前在抗肿瘤免疫治疗中激活cGAS-STING通路的各类策略.
苯硼酸(PBA)在水溶液中可与顺-1,2-二醇或1,3-二醇形成可逆共价键, 常在纳米/水凝胶中用作葡萄糖响应单元或动态交联基团. 本文提供了一种快速合成苯硼酸接枝壳聚糖衍生物(CPBA-HPCS)的方法. 以羟丙基壳聚糖(HPCS)为原料, 2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)为缩合剂, 在二甲基亚砜(DMSO)中反应1 h即可得到在pH>8.5的水溶液中可溶的CPBA-HPCS. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(NMR)对该衍生物结构进行验证, 并对反应动力学进行了研究, 得到了一系列不同取代度的CPBA-HPCS, 其取代度最高可达0.78. 这种新的壳聚糖衍生物在制备智能水凝胶和药物载体方面具有较好的应用前景.
银纳米线(AgNWs)顶电极是全溶液加工型有机太阳能电池(OSCs)的重要组成部分. 然而, 在涂布AgNWs乙醇溶液时, 对下层空穴传输层有一定洗脱损坏. 本文提出对空穴传输层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶全氟磺酸离子聚合物(PEDOT∶F)进行交联, 以提升其抗溶剂渗透能力. 通过引入交联剂聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)实现了PEDOT∶F的交联, 相应小面积柔性器件的效率为14.86%. 进一步制备了21.18 cm2的柔性有机光伏模组, 其效率达到12.38%.
通过对阴极侧不同部位(催化层、 碳纸、 微孔层和流道)进行亲疏水处理得到不同部位局部水淹, 然后在不同过量系数、 加湿度和背压等工况下分析燃料电池水淹情况. 测试结果表明, 随着过量系数降低, 电池出现水淹时碳纸未做疏水处理的电池性能下降最为严重, 且该电池的阻抗弧半径扩大1.5倍; 阴极10%加湿时, 碳纸和流道未做疏水处理的电池性能较差, 且这两个电池的阻抗弧半径比阴极60%加湿时扩大50%; 阴极100%加湿时碳纸未做疏水处理的电池性能最好, 而催化层未做疏水处理的电池性能最差, 且催化层未做疏水处理的电池阻抗弧半径比10%加湿时扩大1倍; 随着背压降低, 碳纸未做疏水处理的电池性能下降最严重, 且该电池高背压下的阻抗弧半径较低背压缩小50%.
研究了利格列汀复杂的晶型现象及其晶格中的构象变化. 通过培养利格列汀的单晶并进行X射线单晶衍射分析, 首次得到了包括晶型A在内的3种晶体结构； 结合文献已报道的2种晶体结构, 分析了各晶体结构的特点及其晶格中的分子构象. 研究结果表明, 5种晶体里存在晶型A和晶型F两种晶型, 其中晶型F为准多晶型, 可以包含多种溶剂, 形成通道型溶剂合物, 其晶格参数随包含的溶剂略有变化. 晶型A的构象与晶型F的构象存在较高能垒, 导致2种晶型难以互相转化. 晶型F不同溶剂合物之间的分子构象并不完全相同, 在粉末X射线衍射(PXRD)谱图上也有显著差异. 最后, 通过混悬转晶和热分析等方法研究了晶型之间的转化关系.
作为环境友好、 性能优异的发光纳米材料, 碳点在光电器件、 生物诊疗及能源催化等前沿领域均表现出良好的应用潜力, 近年来备受关注. 由于原料和合成方法的巨大差异, 碳点通常具有复杂的光学性质. 以本课题组的前期研究工作为基础, 结合对粒子生长过程分析, 本文介绍了碳点的主要发光机理, 包括共轭π域的碳核态、 表面-边缘态、 类有机荧光团的分子态和交联增强发射效应, 综合评述了碳点领域关于粒子结构与发光起源的争议性问题, 并展望了未来的发展趋势.
金属-有机框架（Metal-organic framework, MOF）材料因其出色的比表面积、 众多的活性位点、 可调的孔径范围和灵活的框架结构, 在气体分离、 储能和催化等领域发挥着重要的作用. 近年来, 采用高表面积、 永久孔隙以及包含固有的氧化还原活性位点的MOF材料作为超级电容器的电极材料引起了研究者们的关注. 本文主要从MOF在超级电容器领域的研究出发, 着重介绍了其性能和结构对超级电容器电化学性能的影响, 阐述了关于MOF性能调控和结构设计的研究进展. 首先, MOF的电导率是影响超级电容器能量密度和功率密度的一大关键性能, 而其材料的特殊结构又直接影响了导电率. 其次, MOF丰富的活性位点和可调的孔径尺寸等特点都为其导电性能的提升创造了条件. 此外, MOF的结构稳定性与超级电容器的循环性能密切相关, 稳定结构的构建是增强超级电容器循环性能的重要前提. 最后, 对MOF未来在超级电容器领域中的研究进行了展望, 结构的调控仍然是这一领域的重要研究方向.
动脉粥样硬化是一种多因素驱动的慢性复杂性疾病, 主要特征为动脉内壁的脂质积累、 炎症反应以及最终的纤维斑块形成. 斑块的形成始于异常累积的脂质被动脉壁内的巨噬细胞吞噬, 形成所谓的泡沫细胞. 尽管泡沫细胞的形成在血管病理性重塑进程中扮演着核心角色, 但目前对巨噬细胞泡沫化进程中脂质代谢紊乱的深入研究还相对欠缺. 本文构建并优化了脂质组学分析流程, 并将该流程用于巨噬细胞泡沫化进程中的代谢重编程分析, 共鉴定到16个脂质亚类的645个脂质分子. 使用主成分分析、 时间序列模式分析和火山图分析, 揭示了不同时期的泡沫细胞脂质水平存在显著差异. 随着氧化低密度脂蛋白孵育时间延长, 泡沫细胞脂质代谢失调程度增加, 脂质亚类中甘油三酯、 溶血磷脂、 醚磷脂水平上调, 而磷脂酰丝氨酸水平下调. 甘油三酯的显著累积增强了巨噬细胞的炎症反应, 通过进一步吞噬氧化低密度脂蛋白促进了泡沫细胞的形成; 同时, 磷脂酰丝氨酸和溶血磷脂酰胆碱在泡沫细胞晚期合成显著增加, 表明泡沫化进程与细胞凋亡正相关, 这些脂质分子可能作为信号分子趋化巨噬细胞对凋亡细胞的清除. 本文不仅揭示了巨噬细胞在泡沫化进程中炎症反应的显著上调, 还阐明了脂质代谢紊乱与细胞凋亡信号传递之间的紧密联系.
本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)因具有可溶液制备、 绿色无毒及可柔性化等特点而被视为具有广阔应用前景的太阳能电池技术之一. 活性层内部的纳米形貌是决定器件性能和工作稳定性的关键因素之一. 基于此, 研究者先后开发了热退火、 溶剂退火和溶剂添加剂等形貌优化方法. 然而, 上述处理方式不能与大面积印刷工艺兼容, 而且不利于器件内部形貌和性能的稳定性, 因此寻找简单高效的形貌调控手段是OSC研究的热点. 近年来, 挥发固体添加剂因其独特的分子特性, 能够与给受体分子间形成较强的相互作用力, 被认为是提升OSC能量转换效率(PCE)和稳定性的发展方向. 本文系统总结了非卤素及卤素型挥发固体添加剂调控OSC形貌和光伏性能的研究现状, 深入讨论了挥发固体添加剂优化活性层形貌的不同机理, 包括分子间吸附能、 给体与受体的相互作用、 晶体成核和生长等; 分析了挥发固体添加剂策略所面临的挑战和未来的发展趋势.
我国提出2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”战略目标. 将CO2转化为高附加值的化学产品和液态燃料, 在实现碳减排的同时, 还可减轻对煤、 石油等传统资源的依赖, 具有重要意义. 光催化CO2还原是一种非常重要的途径, 设计和制备高效的CO2还原光催化剂是关键. 通过半导体和金属或具有匹配的电子带结构的半导体之间形成良好的异质结结构可以有效地促进电荷转移并抑制光生电子和空穴的重新复合, 从而提高光催化性能. 本综合评述重点讨论了氧化物异质结构用于光催化CO2还原的最新进展, 系统总结了形成异质结构的类型、 组成等因素, 对提高CO2光催化性能的内在机理进行了深入阐述， 并对该领域研究发展的方向进行了展望.
采用近红外光谱技术研究了含水量（摩尔分数）在5%~95%范围内水结构对低共熔溶剂(DESs)的氢键网络结构的影响. 通过分析氯化胆碱与尿素混合后不同时间的近红外光谱, 发现了尿素—NH基团与氯化胆碱Cl-相互作用的光谱信息, 表明DESs熔点降低的原因主要是NH···Cl-氢键的形成. 通过分析不同含水量的DESs-水混合物的近红外光谱, 发现了水分子之间以及水分子与尿素中—NH和C=O基团相互作用的光谱信息, 表明水在DESs中主要以3种结构存在: 类大体积水、 与尿素C=O键合的水以及—NH分子间的桥连水. 类大体积水破坏DESs中NH···Cl-, 使体系的稳定性降低, 而尿素—NH分子间的桥连水和与C=O键合的水使体系的稳定性增加. DESs中3种水结构的相对比例与含水量有关, 含水量在40%~80%既能有效降低体系的黏度, 又能维持DESs的性质.
将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上, 合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后, 以GEL-E、 羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料, 制备了一种具有可注射性、 自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶. 该水凝胶具有较高的储能模量、 弹性形变性能、 自愈合性能、 可注射性能以及抗菌性能. 将甘草酸二钾(DG)载入水凝胶, 赋予水凝胶抗炎特性以及促伤口愈合能力. 初步评价了水凝胶的释药行为. 结果表明, 药物释放可达100%. 同时, 评价了载药后水凝胶的细胞相容性以及促细胞迁移能力, 发现水凝胶对细胞的毒性很低, 且可以促进细胞迁移. 研究结果表明, 该水凝胶具有良好的力学性能、 生物相容性以及促细胞迁移能力, 在促进伤口愈合领域具有广阔的应用前景.
开发了一种基于邻近诱导的催化发夹组装和杂交链反应(CHA-HCR)的高灵敏度、 无酶信号放大策略, 用于癌症细胞原位蛋白质特异性糖基化高灵敏荧光成像和高效光动力治疗. 设计了2种DNA探针, 分别用于靶蛋白和聚糖的特异性标记, 其中蛋白探针(PP)通过适配体识别MUC1蛋白, 聚糖探针(GP)通过生物正交反应特异性结合唾液酸. 由于邻近效应, PP中的CHA起始序列与相邻的GP杂交, 并引发随后的CHA-HCR级联反应. 最后, 在靶蛋白的特定糖基化上形成具有多个荧光分子或光敏剂的延伸双链DNA, 实现了细胞表面特定糖蛋白的高灵敏选择性成像分析和肿瘤细胞灭杀, 为癌症的诊断和治疗提供了一条通用途径, 也为通过靶向特定糖蛋白增强细胞毒效应的光动力治疗提供了工具. 该策略为揭示糖基化机制、 筛选聚糖相关生物标志物和开发靶向疗法提供了参考.
合成了下缘十二烷基修饰的磺化杯[8]芳烃(SC8A-12C), 用于提高维生素A(Va)在水相中的溶解性和稳定性, 并促进Va的经皮渗透. 脂溶性Va在水中几乎不溶, SC8A-12C能将Va的溶解度提高至1.1 mg/mL, 将Va在水溶液中的半衰期从5 h延长到35 h. 体外透皮测试表明, SC8A-12C提高Va的透皮量达16.9倍. SC8A-12C还能增溶苯乙基间苯二酚、 水杨酸、 槲皮素及壬二酸等多种护肤成分, 并将水杨酸的透皮量提高3.8倍. SC8A-12C从增溶、 增稳和透皮性3个方面提升了Va的功效, 有望开发出无油配方的纯水剂Va类护肤品. 鉴于SC8A-12C对多种护肤成分的增溶作用, 有望助力于多功效护肤品的发展.
