超顺磁纳米氧化铁

研究背景纳米氧化铁在催化、药物传递、光吸收材料等前沿研究中扮演者不可或缺的角色。纳米氧化铁的尺寸大小和粒径分布对材料性能表现非常重要。因此，高效制备一系列小粒径（＜10 nm）且平均粒径均一的纳米氧化铁颗粒变得尤为重要。康宁反应器印度团队与印度国家理工学院的研究人员合作，使用康宁微反应器合成氧化铁纳米颗粒（NPs），研究了不同操作参数对获得的NP特性的影响。氧化铁NPs的合成基于使用硝酸铁（III）前体和氢氧化钠作为还原剂的共沉淀和还原反应。使用透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱和X射线衍（XRD）分析对氧化铁纳米颗粒进行了表征。简介近年来，由于在磁存储设备、生物技术、水净化和生物医学应用领域的广泛应用，如热疗、化疗、磁共振诊断成像、磁感染和药物递送等，对高效合成磁性氧化铁NP的兴趣显著增加。该工作涉及使用Corning AFR微通道反应器通过共沉淀和还原法合成胶体氧化铁纳米颗粒，氧化铁纳米颗粒的XRD和TEM分析分别证实了其晶体性质和纳米尺寸范围。另外使用电子自旋共振光谱研究了氧化铁纳米颗粒的磁性，康宁微通道反应器制备的氧化铁纳米颗粒表现出超顺磁性行为。结果和讨论一. 氧化铁纳米颗粒形成的反应原理1.控制两个反应器中氧化铁纳米颗粒形成的总沉淀还原反应如下：2.随后，按照以下反应生成氧化铁：二. 共沉淀和还原反应生成氧化铁纳米颗粒共沉淀和还原反应是获得氧化铁纳米颗粒的最简单和最有效的化学途径。在通过反应器的过程中，九水合硝酸铁（III）被氢氧化钠还原，形成还原铁，随后稳定为氧化铁纳米颗粒。图1. AFR实验装置表1 康宁微反应器中的操作条件和结果在康宁AFR反应器中，氧化铁（磁铁矿Fe3O4或磁铁矿γ-Fe2O3）在室温下将碱水溶液添加到亚铁盐和铁盐混合物中形成。在反应器中，由于铁还原加速而形成黄棕色沉淀物，得到胶体氧化铁纳米颗粒如图1所示。在AFR反应器中合成氧化铁纳米颗粒的实验条件Fe(NO₃ )₃ 9H₂ O和NaOH溶液的流速在20- 60 ml/h。对于所有实验，还原剂与前体的摩尔比保持恒定为1:1。图2. 在AFR中具有不同流量的氧化铁np的紫外吸收光谱&trade .实验显示了在AFR反应器中不同流速所对应的结果：在CTAB表面活性剂存在下获得的λ最大值在480和490 nm之间；AFR中的心形设计使混合更佳；氧化铁NP的平均粒径通常随着流速的增加而减小，在50 ml/h的流速下获得最小粒径。在60和50 ml/h的较高流速下，分别观察到窄PSD超过6.77&minus 29.39 nm和3.76&minus 18.92 nm，如图3和表1所示；另一方面，在20 ml/h的较低流速下，在10.1&minus 43.82 nm，如图5和表1所示。从图5B所示的数据也可以确定，由于纳米粒子的引发和成核在50 ml/h下比在60 ml/h时发生得更快。因为颗粒大小取决于纳米粒子在反应器中的成核过程和停留时间，这也通过图5所示的TEM图像得到证实，图5显示制备的颗粒大小在2~8nm；图3所示数据&minus 对于表1中报告的PSD和平均粒径，可以确定粒径随着进料流速的增加而减小，这归因于较低的停留时间。在反应器中的较大停留时间（较低流速）为颗粒的团聚和晶体生长提供了更多的时间，从而获取更大的颗粒尺寸。图4A、B所示的TEM图像也证实。图3. 不同流速下氧化铁纳米颗粒的粒度分布（PSD）图4：50 ml/h的微反应器中合成的氧化铁纳米颗粒的透射电子显微镜图像图5：（A，B）使用CTAB作为表面活性剂在AFR中合成的氧化铁NP的TEM图像。总结通过共沉淀还原方法，在Corning AFR微通道设备中成功制备了稳定的胶体氧化铁纳米颗粒；流速即反应停留时间和混合模式的差异对所获得的氧化铁NP的粒度和PSD有显著影响，这反过来也影响材料稳定性和磁性；CTAB的使用，有助于合成稳定的氧化铁NP；反应流速是决定NP的平均粒径以及粒径分布的关键参数。氧化铁NP的平均粒径随着反应物流速的增加而减小；通过ESR光谱分析和基于使用永磁体的研究证实，制备的氧化铁NP表现出超顺磁性行为。总的来说，当前的工作证明了使用康宁微通道反应器，合成了更小更均一粒径的磁性氧化铁纳米颗粒。这项研究为后续其它纳米科学相关领域的研究提供里有效的实验支持和指导。参考文献：Green Process Synth 2018 7: 1–11

定向附着结晶使粒子沿着特定的晶体方向排列，产生像单晶体一样衍射的介晶。传统观点认为成核提供了粒子的供应，这些粒子受有吸引力的粒子间势的影响，通过布朗运动聚集。介晶通常表现出规则的形态和均匀的大小。尽管许多晶体系统形成介晶，并且个体的附着事件已经被直接可视化，但是随机的附着事件如何导致良好的自相似形态仍然是未知的。基于此，美国西北太平洋国家实验室James J. De Yoreo教授利用原位透射电子显微镜(TEM)和“冷冻观察”TEM，研究了氧化铁介晶形成，这是自然环境中重要的胶体相，以及形成普遍的前驱相并经历颗粒附着结晶（CPA）伴随相变系统经典例子。作者原位跟踪了在草酸盐(Ox)存在的情况下赤铁矿(Hm)中晶体的形成。发现孤立的Hm粒子很少出现，但一旦形成，覆盖在ox表面上的界面梯度驱动Hm粒子在距离表面大约两纳米的地方重复成核，然后附着在表面，从而产生介晶。原位TEM追踪晶体形成作者首先研究了一种由低结晶的两线铁氧体(Fe2O3xH2O, Fh) 聚集而成的前体，在约1.5 Å和2.5 Å处表现出两个典型的弥散环(图1a)。在不添加添加剂的情况下，在10小时内形成具有多面的Hm (Fe2O3)单晶(图2a-c)。然而，在加入2mm的草酸钠(NaOx)后，两小时后，Fh聚集体中出现了纺锤形的Hm中晶体(图1b)。到10h，所有的Fh消失，只剩下Hm介晶(图1c，图2d-f)。低温透射电子显微镜(cryo-TEM)在相同的时间点进一步验证了这些结果(图3)。高分辨率透射电镜(HRTEM)显示所有纺锤均由结晶排列Hm粒子组成(图1 d-f),并沿[001]轴伸长(图2)。横断面透射电镜(图4)，以及切片样品的三维(3D)断层扫描证实了纺锤状微观结构，并显示了许多纳米级孔隙。主轴的尺寸分析表明，一次颗粒的尺寸从2 h时的3.5 nm(图1d)增加到10 h时的6.5 nm(图1e)，到200 h时长到9.5 nm(图1f)。纺锤长度与宽度的曲线图显示恒定的长宽比为2.15± 0. 08，证明了纺锤体主轴的生长具有确定性。此外，即使前12小时纺锤体的平均长度和宽度都增加，之后则减少，这种一致性也保持不变 (图1 g, h)。与长宽比相比，主轴的尺寸在任何给定时间都有很大的变化。例如，在3.5小时，主轴长度在40-140 nm之间变化。这个大约四倍大小的排列反映了新纺锤体的缓慢但持续的诞生。尽管如此，纺锤体呈现出一种特征性的大小，而不是幂律大小分布(图2)。分析还表明，纺锤体的发育经历了两个阶段:第一阶段纺锤体的长度、宽度和颗粒数都有所增加 在第二阶段，纺锤体尺寸减小，但平均一次颗粒尺寸继续增大，可识别颗粒总数减少(图1i)，暴露的颗粒缓慢长大(图1i)，并形成小平面(图1e，f)。从第一阶段到第二阶段的转变与Fh的消失有关（图1c，i）。这些结果表明，第一阶段主要由纺锤体生长控制，而第二阶段主要由溶液中的颗粒粗化控制，溶液中的颗粒相对于Hm处于平衡状态，且没有Fh。图1 Fh纳米粒子形成纺锤形Hm介晶图2 菱形Hm与纺锤形Hm的表征图3 90°C下Fh生长纺锤形Hm介晶的低温TEM研究图4 Hm主轴横截面的TEM成像为了跟踪Fh和Hm的时间演化，使用了一种“冷冻观察”的方法，即将Fh置于TEM网格，并随时间对其进行成像。将载有Fh的网格置于含Ox的90°C溶液中然后在数小时后用TEM在相同区域成像（图5a，图6）。观察到Fh最初由大团聚体组成（图5b），当第一个Hm颗粒开始出现时，其整体形态在3h后保持不变，仅位于Fh团聚体中（图5c）。考虑到溶液必须与Fh平衡，Hm的存在仅与Fh相关，这意味着初始Hm颗粒必须通过Fh的直接转化或Fh/溶液界面的异相成核形成。对Hm颗粒的进一步探究表明，它们呈半纺锤形，所有半纺锤都指向溶液，而不是Fh聚集体（图5d）。HRTEM(图5e, f)显示，主要的Hm粒子在晶体上是同轴的(图5f，插图，快速傅里叶变换(FFT)模式)。如果Hm纺锤是通过Fh的直接添加而生长的，然后Fh转化为Hm，可以预期，纺锤将生长为Fh粒子的聚集体——也就是说，纺锤的尖端将向Fh粒子的来源处前进。纺锤尖端远离Fh源并进入本体溶液的事实表明Hm初级粒子是从周围的溶液中形成和添加的。如果Hm粒子来自于自由溶液，则与时间无关的主轴形状和长径比的含义是，首先形成的Hm粒子决定了后续粒子的产生和附着速率。为了进一步探索这一可能性，作者将Hm的多面体单晶晶种加入到含Ox的Fh前驱体溶液中。与Fh相比，晶种的数量密度可以忽略不计。5 h后, Hm初级粒子在晶体形成和附着在Hm晶种匹配，以形成纺锤，其增加的长度和宽度的比值约2.2(图7，图8)。因此Hm晶种增长与不含Hm晶种遵循相同的结晶路径,种晶为新粒子的配制提供了模板。当进行反向实验时，将Hm纺锤加入到不含Ox的Fh的溶液中，具有良好多面的Hm纺锤以晶体共线方式在Hm纺锤上生长(图9)。上述结果表明，一旦Hm粒子出现在含Ox的Fh溶液中，无论Hm粒子是通过溶液成核，还是在Fh上形成，或者通过Fh晶种，Fh都会溶解为新的Hm粒子提供溶质，它必须直接在Hm晶体的晶体共线中或在Hm晶体附近的溶液中成核，然后它们以共线方式附着。为了验证这一假设并确定新的Hm颗粒形成的位置，作者使用了80°C 的原位液相透射电镜来观察现有Hm晶种的纺锤体形成。图5 生长中Hm纺锤与Fh的关系图6 应用参考TEM网格跟踪Fh上的Hm增长图7 液相TEM观察Hm成核图8 菱形Hm晶种上生长的Hm纺锤体的TEM成像图9 菱形Hm在纺锤形Hm晶种上生长的TEM成像在TEM模式下，Hm晶种最初被清晰地分辨出来，但Fh粒子由于其低对比度而难以看到（图7c-e）。然而，扫描TEM（STEM）成像可以同时分辨出Hm晶种和Fh颗粒（图10。综合结果证实，Fh逐渐溶解，而新的“子”Hm颗粒在“母”Hm晶种附近成核，但不是在“母”Hm晶种表面成核，然后附着到晶种上（图7c-e中的箭头）。此外，晶核呈球状，晶种与晶核之间的接触角超过90°，这与晶种表面上的异相成核模型不一致，在这种模型中，只有在界面能和接触角较低的情况下，才更倾向于成核。此外，远离附着颗粒位置的晶种平面不会显著增长，也不会形成纳米或更大的粗糙度。这与观察结果一致，即在后期粗化期间，暴露的颗粒表面会形成晶面（图1e，f）。如果让实验进行较长时间，在此期间，光束在多个短图像系列的采集之间被阻挡（图7e），可以直接跟踪晶种周围纺锤的发展以及子粒子对生长纺锤的重复成核和附着。原位加热5小时后对液胞含量的分析表明，最终产物与非原位形成的纺锤难以区分（图11与图1c）。图10 Fh溶解和Hm晶种/溶液界面附近新Hm颗粒成核的连续STEM图像图11 液体电池芯片拆卸后表征原位透射电镜结果清楚地证明了Fh作为一个缓冲，提供并设定了形成子代Hm初级粒子的溶质离子的浓度。只要Fh颗粒存在，溶质浓度就保持在Fh的溶解度不变，从而确保当Fh溶解时，Hm颗粒在恒定的过饱和度下形成，以取代生长中的Hm所吸收的离子。然而，这些子颗粒在Hm-溶液界面附近成核，尽管TEM成像的二维性质和有限的分辨率妨碍了对初始分离的精确测定（图12和13），但在连接以构建纺锤形Hm单晶之前，显示出约2 nm的中间边到边间隙。所有新的Hm粒子都附着在母体晶种或纺锤上，没有发现任何粒子扩散到远离晶种（或纺锤）的溶液中。然而，无法从这些实验中辨别出新的Hm颗粒是否在成核时聚结，在附着过程中对齐，或者它们是否表现出其他类型的定向附着，包括未对齐的附着，然后消除缺陷，或者在某些情况下，通过在中间间隙中形成颈部附着。接着，作者试图了解Ox的作用。在溶液中，Ox与Fe3+结合，使Ox复合物成为主要的铁物种。因此，Ox能够加速Fh的溶解，尽管它不会明显改变大块Fe3+的活性，而大块Fe3+的活性保持在Fh的溶解度。然而，有Ox和无OxHm生长的差异表明，它也作用于Hm表面：在没有Ox的情况下，Hm形成大的多面晶体（图9a，图2a-c）；在Ox存在的情况下，会形成球状粒子，可能是一个接一个的离子在生长，但当它们达到大约5nm直径时，生长速度非常缓慢。因此，Ox的一个作用是稳定Hm纳米颗粒并抑制其生长。此外，只有当Ox存在时，子Hm粒子才会成核和附着。Ox必须位于Hm颗粒表面，其第二个作用是通过偏压局部化学并可能协助驱动颗粒附着来促进Hm成核。图12 原位TEM中Hm晶种和晶核之间的间隙大小及其随时间的消除分析图13 晶种粒子和晶核之间间隙大小的进一步测量总之，作者通过原位TEM和冷冻TEM结合，追踪了在草酸存在情况下赤铁矿结晶的形成。草酸在土壤中含量丰富，而氧化铁是非常常见的，从而为天然存在的氧化铁的异常形态提供了可能的解释。本文所证实的界面梯度驱动粒子成核为天然氧化铁的异常形态提供了可能的解释，纺锤型的晶形是有纳米颗粒聚集体组成的。以上发现和与其他系统的比较表明，由界面驱动的CPA过程可能在合成和自然环境中均广泛存在。参考文献：Guomin Zhu et al. Self-similar mesocrystals form viainterface-driven nucleation and assembly. Nature. 2021, 590, 416-422.DOI: 10.1038/s41586-021-03300-0.https://www.nature.com/articles/s41586-021-03300-0

本例是氧化铝晶体上外延生长的氧化铁晶体的观察例。这个样品是给陶瓷品上彩用的颜料（红褐色），主要成分是刚玉（Al2O3）和氧化铁（Fe2O3）。为了弄明白它为什么能成长出如此漂亮的结构和其生长原理，用SEM进行观察就变得非常重要。　 左图是用Upper探头拍的背散射电子的照片，通过成分对比度可以判断出Al2O3的周围存在着Fe2O3。另外，对Al2O3处放大后（右图）可以发现很细微的台阶结构。本例采用日立高新SU8010场发射扫描电子显微镜进行观察，关于此仪器请参考：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C138451.htm 关于日立高新技术公司:　　日立高新技术公司是一家全球雇员超过10,000人，有百余处经营网点的跨国公司。企业发展目标是“成为独步全球的高新技术和解决方案提供商”，即兼有掌握最先进技术水准的开发、设计、制造能力和满足企业不同需求的解决方案提供商身份的综合n性高新技术公司。日立高新技术公司的生命科学系统本部，通过提供高端的科学仪器，提高了分析技术和工作效率，有力推进了生命科学领域的研究开发。我们衷心地希望通过所有的努力，为实现人类光明的未来贡献力量。　　更多信息请关注日立高新技术公司网站：http://www.hitachi-hitec.cn/

根据《食品相关产品新品种行政许可管理规定》和《食品相关产品新品种申报与受理规定》要求，氧化铁铬等4种食品相关产品新品种已通过专家评审委员会技术评审（具体情况见附件）。现公开征求意见。请于2024年1月21日前将书面意见反馈至我中心，如在截止日期前未反馈相关意见，视为无不同意见。邮 箱：biaozhun@cfsa.net.cn 一、氧化铁铬1.背景资料：该物质在常温下为黑色粉末，不溶于水。 美国食品药品管理局和日本化学研究检验所均允许该物质 作为着色剂用于食品接触用塑料材料及制品。2.工艺必要性。该物质为黑色无机着色剂，具有较好的 耐候性、耐温性、化学稳定性等性能，并可用于黑色塑料制 品的红外线识别。二、（1R,2R,3S,4S）-rel-二环[2.2.1]庚烷-2,3-二羧酸钙盐 （1:1） 1.背景资料：该物质在常温下为白色粉末，极微溶于水。 美国食品药品管理局和欧盟委员会均允许该物质用于聚丙 烯（PP）、聚乙烯（PE）塑料材料及制品。2.工艺必要性：加入该物质的 PP、PE 具有较低的水蒸 气渗透率和氧气透过率。三、聚丁二酸-己二酸丁二酯1.背景资料：该物质在常温下为白色颗粒，不溶于水， 可溶于氢氧化钠和氯仿。美国食品药品管理局和欧盟委员会 均允许该物质用于食品接触用塑料材料及制品。2.工艺必要性：该树脂较易熔融，加工性能良好。以该 物质为原料生产的塑料薄膜，具有较好的透明度和光泽度。四、1,3-苯二甲酸与 1,4-苯二甲酸和 1,4-二（羟甲基）环己烷的聚合物 1.背景资料：该物质在常温下为固体，不溶于水和乙醇。 美国食品药品管理局、欧盟委员会、日本厚生劳动省和南方 共同市场均允许该物质用于食品接触用塑料材料及制品。2.工艺必要性：该物质为基础树脂，相较于其他聚酯材 料密度低，可以制造较轻便的产品；有较低的吸水性，能更 好的保持尺寸稳定性，可应用于透明板材、薄膜等产品生产。

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p 　　近日，南京理工大学材料学院/格莱特研究院纳米能源材料(NEM)实验室夏晖教授团队在超级电容器氧化铁电极材料研究方面又取得新的突破。相关研究成果“Achieving Insertion-Like Capacity at Ultrahigh Rate Via Tunable Surface Pseudocapacitance”于2018年2月在线发表在材料科学领域顶尖期刊《Advanced Materials》(Adv. Mater., 2018, 1706640 IF=19.791)上。青年教师翟腾为第一作者，夏晖教授为通讯作者。这是该团队近一年内发表的第十篇影响因子10以上的论文。 /p p 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/65ea0c55-1754-4fe1-9d91-1251d20715d3.jpg" title=" 1cf9e2e6-cadc-4938-be3e-aa30c04f9a31.jpg" / /p p 　　图 改性氧化铁/亚硫酸钠体系容量随扫速变化及储能机理 /p p 　　与超级电容器的其它负极材料如碳材料相比，三氧化二铁(Fe2O3)不但拥有较高的比电容量，而且资源丰富、价格低廉、环境友好，是一种极具应用潜力的高性能负极材料。但是其弱电子、离子传导性能，导致功率密度偏低和稳定性较差，严重制约着它在高性能超级电容器中的广泛应用。自2017年以来，夏晖教授团队在超级电容器电极材料的研究上取得了一系列研究进展，其研究结果均发表在国际材料能源领域的顶尖期刊上。在前期工作中，青年教师徐璟等人利用超细镍纳米管阵列上生长Fe2O3纳米片(Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1606728 IF=12.124)，有效的提高了复合电极的赝电容性能。尽管如此，氧化铁的本征弱电子、离子传导性能依然亟待提升。在此基础上，NEM实验室的博士生孙硕首先发明了一种利用硼氢化钠溶液还原处理的普适方法制备具有本征高导电性和高离子传导性的Fe2O3结晶/非晶-核壳异质纳米结构(Nano Energy, 2018, 45, 390 IF=12.343)：通过构筑非晶壳-结晶核异质结构并引入氧空位，成功在不损失能量密度的前提下有效地提高了赝电容超级电容器的功率密度以及循环稳定性。在这一工作进行的同时，夏晖教授团队通过同种改性方法引入的氧空位，调控改性氧化铁电极“牵手”氧化还原电解液中可贡献赝电容量的亚硫酸钠电解质。增量吸附的亚硫酸根为电极提高了可存储的电量，同时不受离子扩散限制的储能反应的快速动力学过程保证了大充放电倍率下实现更高的比容量(3.2 V s-1，290 C g-1)。高性能氧化铁负极材料/体系的研发，为高能量密度水系超级电容器的构筑提供了新的思路。此外，青年教师翟腾等人通过在金属氧化物表面实现磷酸根离子的表面改性，从而大幅度提高材料的表面反应活性而显著提高其赝电容贡献(Adv. Mater., 2017, 29, 1604167)。除了电极材料/体系比容量的提升，工作电压的拓展是获得高能量密度水系超级电容器的另一个关键。夏晖教授与化工学院朱俊武教授合作的2.6 V水系不对称超级电容器的研发成果于2017年6月在线发表在《Advanced Materials》(Adv. Mater., 2017, 29, 1700804)上。系列研究成果的结合将为水系高电压不对称超级电容器的应用研究提供有力的技术支撑，有望在未来取代铅酸电池。 /p p 　　习近平总书记在十九大报告中关于“建设美丽中国”中指出，要“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。能源存储材料作为高效储能装置的关键，是大力发展清洁能源不可或缺的一环。夏晖教授团队立足于清洁能源高效利用，围绕多种储能系统的关键材料开展研究，在过去一年中取得了一系列进展。 /p p 　　其中围绕锂离子电池研究方向，取得的研究成果包括博士生薛亮完成的三维自支撑多孔LiCoO2纳米片阵列正极(Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1705836 IF=12.124)、青年教师岳继礼和硕士生嘉蓉完成的碳包覆SnO2-x多孔纳米片阵列负极(Energy Storage Mater., 2018, 13, 303 即时IF=13.39)、博士生夏求应完成的简易可控的硼(B)氮(N)双掺杂三维多孔碳纳米纤维正负极用于锂离子电容器(Adv. Energy Mater., 2017, 1701336 IF=16.721)、青年教师徐璟和硕士生蒋瑶完成的多孔氧化锰纳米立方负极的研究工作(Small, 2018, DOI:10.1002/smll.201704296 IF=8.643)。 /p p 　　围绕钠离子电池研究方向，取得的研究成果包括青年教师杨梅和硕士生马依凡完成的氮(N)硫(S)共掺类石墨烯材料(Energy Storage Mater., 2018, 13, 134)、青年教师杨梅和博士生陈婷婷完成的功能化石墨烯/硫化钴量子点复合电极(J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 3179 IF=8.867)、博士生郭秋卜完成的CoSx量子点内嵌氮硫共掺类石墨烯材料(ACS Nano, 2017, 11, 12658. IF=13.942)、硕士生陈琪等完成的硫化镍嵌入的柔性三维碳纤维电极材料用于柔性钠离子电池(Adv. Energy Mater., 2018, DOI:10.1002/aenm.201800054 IF=16.721)的研究工作。上述研究工作受到了能源存储领域的专家学者以及新能源企业的广泛关注。 /p

p 　　 strong 爱沙尼亚塔尔图大学物理研究所选用了一款搭载Flow-UV& #8482 探测器的Uniqsis FlowSyn& #8482 连续流动反应器来帮助他们开发可用于下一代应用的新型纳米材料。 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 1-1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/aac6b0cc-ddae-46ee-b9eb-5de725939aa7.jpg" / /p p 　　材料科学研究小组的Aile Tamm博士在采购Uniqsis FlowSyn系统之前评估了不同种合成纳米材料的技术路径。 /p p 　　Aile Tamm博士谈到：“我们已研究过具有先进电磁性能的纳米颗粒和纳米复合材料。例如，我们已成功制备出含有平均粒径在5-50纳米的氧化铁、氧化铁铒、氧化锰铁和氧化镧微粒的薄固体膜粒子复合涂层。这些新型复合材料已被证明具有电子设备开发所需要的非线性饱和磁化及强制磁滞现象。除这些纳米材料以外，我们研究所也正在研究若干其他形式的纳米颗粒。” /p p 　　Uniqsis总经理，Paul Pergande评论道：“我们很高兴欢迎Tamm博士的知名研究团队加入到这一日渐发展的群体中来，这一群体涵盖了多家国际领先的使用Flowsyn来研究纳米颗粒合成的材料科学实验室。”他还补充道：“Flow-UV内嵌式二极管阵列探测器可被用于确定何时达到稳态，从而可确定何时开始与停止收集反应产物。紫外-可见吸收光谱测量法对于纳米颗粒分布具有特别重大的意义，并可提供有关粒径及是否发生团聚的信息。” /p p 　　FlowSyn& #8482 是一种被设计成可简单、安全、有效运行的集成化持续流动反应系统。FlowSyn& #8482 包含了一系列可进行单重或多重的均相或非均相反应的产品型号，并具有手动或自动运行功能。反应的范围通过Uniqsis的集成模块化流动化学系统的不断探究，已变得越来越广，并被越来越多发表于学术刊物和Uniqsis应用注释中的应用文章所证明。 /p p br/ /p p 　　获取更多有关FlowSyn& #8482 连续流动反应器的信息，及讨论该系统的试验请联系Uniqsis的电话+44-845-864-7747或电子邮箱 info@uniqsis.com /p p 　　Uniqsis擅于设计中等规格的，用于各种不同化学和药学研究应用的持续流动化学系统。公司目标是使初学者和经验丰富的使用者都易于使用我们的流动化学系统。 /p p /p

[导读]目前，美国科学家成功研制出一种叫做“铁磁纸”的纳米等级材料，它是用纳米等级铁磁微粒灌注在普通纸张上，这种材料可用于制造微型机器人、研究人体细胞的微型镊子等。 腾讯科技讯(编译/悠悠)据美国科学日报报道，日前，美国普渡大学的研究人员成功研制一种磁性“铁磁纸”，它可用于制造手术仪器中的低成本“微型发动机”，研究细胞的微型镊子，微型机器人以及小型扬声器等。 美国科学家成功研制出一种叫做“铁磁纸”的纳米等级材料 　　这种特殊材料是采用矿物油和氧化铁“磁纳米微粒”浸透在普通纸张或者报纸上形成的，然后这种带有纳米微粒的纸张可在磁场中应用。电子计算机工程兼生物医学工程师教授芭芭克-齐伊(Babak Ziaie)说：“纸张是一种多孔基体，因此我们可以在纸张上承载一些特殊的物质，使其具备独特的功能。” 　　该新材料以低成本方式制造小型立体扬声器，微型机器人或者具有多种用途的发动机，其中包括控制细胞的镊子和最低程度侵入手术的柔韧性机械手指。齐伊说：“由于铁磁纸非常柔软，并不会对人体细胞或者组织构成损害，而且制造起来非常便宜。你可以剪裁一小块，用于制造微型发动机。” 　　一旦普通纸张上浸入“铁磁流体”混合物，纸张就覆盖着一层生物塑料薄膜，它具有一定程度的抗水性，避免液体蒸发，并能显著提高强度、硬度和弹性等机械性能。这项新材料的详细资料将于1月24日至28日在香港召开的第23届微电子机械系统IEEE国际会议上公布。 　　由于这项技术成本并不昂贵，不需要特殊的实验室制造，它可普遍地应用于大学和高校制造微型机器人和其他工程科学器件。这种纳米等级磁性微粒可从商业途径获得，磁性微粒的直径仅有10纳米，相当于人体头发的万分之一。铁磁纳米微粒中含有铁原子。 　　齐伊说：“或许你未曾使用过纳粒微粒，但是它们要比其他较大的微粒更容易使用，而且价格更便宜，纳米微粒的价格也非常低廉。” 　　研究人员使用一种叫做磁场排放扫描电子显微仪研究纳米微粒如何灌注在某些纸张中，齐伊说：“所有类型的纸张都可以使用，但是新闻报纸和柔软的纸张特别适合，这是由于它们具有很好的多孔性。” 　　研究人员现使用该材料制造小型悬臂致动器，这种结构非常类似于潜水艇，可在磁场中通过震动实现移动。齐伊说：“悬臂致动器非常普通，它们通常是由硅材料制成，而硅材料价格较高，要求在特殊的清洁室内制造完成。因此使用价格低廉的‘铁磁纸’是非常好的选择，它要比当前使用的硅材料价格便宜100倍。” 　　目前，研究人员还将铁磁纸制造成折纸，从而研究更为复杂的设计。

纳米材料是纳米科技的基础和主要研究内容，而适合于纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。纳米材料的表征与检测对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义和作用。基于此，仪器信息网将于2022年8月30-31日举办第五届纳米材料表征与检测技术网络会议，开设“能源与环境纳米材料”、“生物医用纳米材料”“纳米材料表征技术与设备研发（上）”、“纳米材料表征技术与设备研发（下）”4个专场，邀请20余位领域内专家，围绕纳米材料热点研究方向，从成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表界面分析等主流分析和表征技术带来精彩报告。会议涉及热点研究方向：电极材料、医药材料、多铁/铁电材料、电子敏感材料、超宽禁带半导体材料......会议包含主流表征与检测技术：冷冻电镜、透射电镜、扫描电镜、扫描隧道能谱、X射线光电子能谱、纳米粒度及Zeta电位仪、超分辨荧光成像、表面等离子体耦合发射、荧光单分子单粒子光谱、磁纳米粒子成像、拉曼光谱、X射线三维成像......为纳米材料工作者及相关专业技术人员提供线上学术与技术交流的平台，帮助大家迅速掌握纳米材料主流分析和表征技术，共同提高纳米材料研究及应用水平。（点击立即免费报名参会）会议日程第五届纳米材料表征与检测技术网络会议报告时间报告主题专家单位 职称8月30日：能源与环境纳米材料 专场09:00-09:30锂电层状氧化物正极材料新方法制备及构效关系研究褚卫国国家纳米科学中心 研究员09:30-10:00智能化设计场发射透射电镜JEM-F200功能介绍和材料表征实例胡伟伟捷欧路（北京）科贸有限公司 应用工程师10:00-10:30透射电镜技术在电极材料研究中的应用杨贤锋华南理工大学 教授级高工10:30-11:00XPS表面分析技术纳米材料领域中的应用蔡斯琪岛津企业管理（中国）有限公司 产品专员11:00-11:30钠离子电池层状氧化物正极材料中的纳米沉淀相闫鹏飞北京工业大学 教授11:30-12:00电沉积快速制备新能源转化与存储关键电极材料严振华南开大学 副研究员8月30日：生物医用纳米材料 专场14:00-14:30CRISPR/Cas基因编辑递送系统研究巩长旸四川大学 研究员14:30-15:00纳米粒度及Zeta电位仪在生物医药材料领域的表征宁辉丹东百特仪器有限公司 产品总监15:00-15:30纳米氧化铁介导神经核团磁刺激及潜在医学应用孙剑飞东南大学 研究员15:30-16:00基于聚集诱导发光材料的分子探针及可视化纳米递送系统开发张鹏飞中科院深圳先进技术研究院 副研究员16:00-16:30基于多功能纳米复合结构的生物医学调控研究朱幸俊上海科技大学 研究员8月31日：纳米材料表征技术与设备研发（上） 专场09:00-09:30辐照敏感电池材料与界面结构解析王雪锋中科院物理研究所 研究员09:30-10:00新一代智能化FE-SEM在材料领域的应用成华秋捷欧路（北京）科贸有限公司 应用工程师10:00-10:30多铁/铁电材料局域结构及构效关系研究邓世清北京科技大学 副教授10:30-11:00日立FE-SEM新产品SU8600在纳米材料领域的应用高敞日立科学仪器（北京）有限公司 电镜市场部部长11:00-11:30iDPC-STEM应用于电子敏感材料的原子级成像申博渊苏州大学 特聘教授11:30-12:00接触式扫描隧道显微能谱方法的发展与应用薛加民上海科技大学 研究员8月31日：纳米材料表征技术与设备研发（下） 专场14:00-14:30表面等离子体耦合定向发射荧光系统及其纳米检测应用李耀群厦门大学 教授14:30-15:00纳米界面微观检测及光催化性能调控陈岚国家纳米科学中心 研究员15:00-15:30单颗粒活性荧光测量技术张玉微广州大学 教授15:30-16:00多参数磁纳米粒子成像钟景北京航空航天大学 副教授16:00-16:30氧化镓的拉曼、荧光特性及其飞秒激光加工徐宗伟天津大学 副教授16:30-17:00纳米X射线三维成像技术及其在材料科学中的应用王绍钢中国科学院金属研究所 高级工程师会议嘉宾扫码快速参会联系我们【参会咨询/合作】高老师 手机：+86 15574817041邮箱：gaolj@instrument.com.cn

随着纳米颗粒在工业上的广泛应用，采用单颗粒模式电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS）分析金属纳米颗粒成为最有前途的技术之一。由于其高灵敏度、易用性和分析速度快等特点，ICP-MS是一种理想的技术，用于检测纳米颗粒的特性：无机成分、浓度、尺寸大小、粒度分布和聚集等。除了金和银纳米颗粒以外，零价铁纳米颗粒具有独特的化学特性和相对大的比表面积，更广泛应用于环境修复项目中，用于取出有机溶剂中氯、转化废料中有害化合物、降解杀虫剂和固定金属等。但不同于金和银纳米颗粒未受到基体干扰或常规质谱干扰问题，等离子体产生的信号ArO+对同样质量数（56）铁的最高丰度同位素（56Fe+丰度91.72%）形成严重干扰。消除这种干扰的最有效方式是采用氨气作为反应气的反应模式ICP-MS。已有的大多数SP-ICP-MS报道聚焦于无干扰的纳米颗粒，而这种反应模式SP-ICP-MS还未被广泛使用。本文将证明在反应模式SP-ICP-MS下，NexION通用池技术应用于测定纳米颗粒。实验所有分析采用NexION 350D型 ICP-MS (珀金埃尔默公司，谢尔顿，CT)，操作条件见表1。用去离子水稀释金和铁纳米颗粒标准，分别在质量数197和56处测定。实验结果实验首先在标准模式下运行。接下来，为评价加入反应气对SP-ICP-MS分析的影响，相同溶液在反应模式下运行。图1显示了标准和反应模式SP-ICP-MS测定100nm金颗粒谱图。两个图相似结果表明，反应模式并未改善纳米颗粒测定能力，因为金可能与氨气不发生反应。图1.反应（a）和碰撞（b）模式下SP-ICP-MS测定100nm金粒子两种模式下实际金颗粒检测数量比较列于表2。该数据表明，两种模式下颗粒具有同样数量，表明使用反应模式对测量颗粒并不偏差。存在的高背景掩盖了铁纳米颗粒中56Fe+，标准模式下铁测量不能完成。反应模式下测定60nm氧化铁纳米颗粒溶液，结果列于图2。与图1a中反应模式下金谱图相比，二者相似。尽管碰撞模式同样具有去除干扰能力，但在不严重损失仪器灵敏度前提下，不能完全消除ArO+对56Fe+干扰，意味着纳米颗粒检测限将大大降低。碰撞模式下使用其它低丰度铁同位素是有可能的，但低丰度意味着纳米颗粒将不能被检测到。因此，高信噪比的氨气反应模式测定m/z56是铁纳米颗粒最佳选择。图2.SP-ICP-MS反应模式下测定60nm的铁氧化物颗粒谱图结论本工作证实了珀金埃尔默NexION系列ICP-MS反应模式具有测定铁纳米颗粒能力。因为，铁受到来源于等离子体的干扰，必须采用反应模式测定铁纳米颗粒，具有远超碰撞模式的优势。该工作可以扩展为其它受干扰的金属纳米颗粒，如钛、铬、锌或硅。想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

中性粒细胞（Neutrophils）是人体循环中最丰富的先天免疫细胞，是抵御感染的第一道防线。中性粒细胞可以通过对肿瘤细胞的直接细胞毒性作用、抗体依赖性细胞毒作用和募集其他抗肿瘤效应细胞来消除恶性肿瘤细胞。此外，中性粒细胞可以释放细胞毒性底物介导对肿瘤细胞的杀伤，可以激活凋亡信号通路，直接促进肿瘤细胞死亡，还能够产生广谱抑制肿瘤细胞增殖的因子。因此，更好地了解中性粒细胞的抗肿瘤活性将为癌症治疗提供以前未知的方法。外泌体（exosome），是细胞分泌产生的一种囊泡型天然生物颗粒，在细胞间发挥通讯作用。最近的研究显示，来自免疫细胞的外泌体具有与其产生细胞相似的有效抗肿瘤活性。之前也有研究使用中性粒细胞来源的外泌体（N-Ex）来治疗关节炎和败血症。然而N-Ex在癌症治疗中的作用尚未得到充分探索，这主要是由于中性粒细胞半衰期短，且其外泌体产量低。2022年1月12日，江苏大学医学院张徐团队等在 Science 子刊 Science Advances 发表了题为：Engineered neutrophil-derived exosome-like vesicles for targeted cancer therapy 的研究论文。该论文还被选为当期的封面论文。该研究开发了一种简单高效的工程化中性粒细胞来源的外泌体（N-Ex）和中性粒细胞来源的纳米囊泡（NNV），可作为一种安全有效的肿瘤治疗的药物递送载体。研究团队通过中性粒细胞来源的外泌体（N-Ex）递送细胞毒性蛋白和激活半胱天冬酶信号通路，来诱导肿瘤细胞凋亡。此外，研究团队还使用超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs）修饰了中性粒细胞来源的外泌体（N-Ex），以实现更高的肿瘤靶向治疗效果。类似于外泌体的纳米囊泡（NVs）已被证实是一种方便可靠的纳米递送载体，研究团队进一步从中性粒细胞中制造了高产率的纳米囊泡。然后测试了这种中性粒细胞来源的纳米囊泡（NNVs）作为药物递送载体的效果。与脂质体递送广谱抗癌药多柔比星相比，NNV递送多柔比星显示出更好的肿瘤抑制效果。此外，负载多柔比星、超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs）修饰的中性粒细胞来源的纳米囊泡（NNVs）在外部磁场作用下，选择性积聚在肿瘤部位，能够有效抑制肿瘤生长并增加小鼠的存活率和时间。总的来说，该研究开发了一种可简单高效生产中性粒细胞来源的纳米囊泡的方法，研究团队从健康供体的外周血中性粒细胞中分离出外泌体，并表明这种中性粒细胞来源的外泌体（N-Ex）通过激活细胞凋亡信号通路对肿瘤细胞产生细胞毒性。研究团队还开发了一种快速磁分离方法，从中性粒细胞中分离出外泌体，并赋予N-Ex双重肿瘤靶向能力（生物靶向和磁靶向），大大提高了其治疗效果。此外，研究团队还高产率制造了 中性粒细胞来源的纳米囊泡（NNVs），作为化疗药物的新递送载体。通过这种策略，超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs）修饰、装载多柔比星的NNV实现了双重治疗效果（化疗药物多柔比星和NNV本身），几乎完全消除了小鼠的肿瘤生长。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj8207

2018 年 10 月 24 - 26 日，第九届中国国际纳米技术产业博览会将在苏州国际博览中心盛大举行。时间：2018 年 10 月 24 日地点：苏州国际博览中心飞纳电镜展位号：209飞纳台式扫描电镜在表征微观结构时，拥有一个能在纳米范围内观测微观结构的工具是十分关键的。扫描电镜作为表征材料的理想工具，能够观察纳米材料的特征。配备能谱仪，可以分析样品表面的元素，进而确保材料质量达到要求。秉承飞纳台式电镜系列全自动操作、快速成像、不喷金观看绝缘体、完全防震、性能稳定的特点，2018 年，荷兰飞纳发布台式场发射电镜，放大倍率 500,000x，分辨率优于 2.5 nm。Phenom LE 飞纳台式场发射电镜采用热场发射电子源，信噪比高，使用寿命长，保证长期稳定的性能。飞纳台式场发射扫描电镜能谱一体机标配背散射电子成像、二次电子电子成像和能谱分析功能，可对各种样品进行高分辨成像及元素分析。适用于纳米材料检测——纳米氧化铁VSParticle——纳米粒子发生器VSParticle 是源自于荷兰代尔夫特理工大学气溶胶实验室的公司，有着超过 20 年对气溶胶制备的研究，他们坚信人类对于纳米材料的研究还有着广阔的空间。VSParticle 专注于研究纳米颗粒的新式制备方法，在扩展材料、应用领域多样性的同时，将产品设计得非常智能及简便，以加速科学家们对于纳米材料的研究。——世界上最快的纳米颗粒制备方案VSP-G1 是 VSParticle 公司制造的全自动纳米颗粒制备系统。这个系统能够非常高效地为研究学者们制备理想中的纳米颗粒。VSP-G1 系统可以为纳米研究创造许多新的方向：65 种元素覆盖，自由选择搭配：2018 年 10 月 24 日，飞纳电镜与您相约第九届中国国际纳米技术产业博览会。期待您的到来！

p style=" text-indent: 2em " 随着军事高技术的迅猛发展，世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，陆、海、空各兵种地面军事目标的生存能力以及武器系统的突防能力日益受到严重威胁。为了提高国防体系中地面军事目标的生存力与武器系统的突防和纵深打击能力，发展和应用隐身技术成为国防体系发展的重要方向。而隐身材料又是隐身技术最重要的环节。因而国内外近年来掀起了隐身材料的研究热潮。 目前己在使用和尚在研制的新型隐身材料有：宽频带吸波剂、高分子隐身材料、 手征隐身材料、纳米隐身材料等。而近年来关于纳米材料具有高的电磁波吸收系数越来越多的报道，引起了军事科技人员极大的兴趣。 /p p style=" text-align: center " & nbsp img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/0c54b75f-dafd-463e-812a-345c9518e969.jpg" title=" 1.jpg" / & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图一 新型隐身材料应用于军属领域 /span /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌也是纳米隐身材料中的研究热点之一。纳米氧化锌是一种非常有发展前途的新型军用雷达波吸收剂，具有轻质、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点。 /p p style=" text-indent: 2em " 一、纳米氧化锌的制备方法 /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌的化学制备方法种类繁多，新工艺层出不穷，如液体-固体-溶液相转移与分离法，但研究较多的主要有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热（溶剂热）法等。 /p p style=" text-indent: 2em " 1、沉淀法 /p p style=" text-indent: 2em " 沉淀法一般分为直接沉淀法与均匀沉淀法。直接沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂制得氧化锌前驱体，将其洗净后在一定温度下热分解得纳米氧化锌。常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵等。而前驱物为Zn(OH)2、Zn2(OH)2CO3等 。 /p p style=" text-indent: 2em " 2、溶胶-凝胶法 /p p style=" text-indent: 2em " 溶胶凝胶法是制备超微颗粒的一种湿化学法。其基本原理是将金属无机盐或 金属醇盐溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或与醇反应，反应生成物经聚集后，一般生成纳米级粒子并形成溶胶。 /p p style=" text-indent: 2em " 3、微乳液法 /p p style=" text-indent: 2em " 两种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定的、各向同性、外 观透明或半透明、粒径在1-100 nm的分散体系则称为微乳液。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。 /p p style=" text-indent: 2em " 4、水热（溶剂热）法 /p p style=" text-indent: 2em " 水热合成法是液相中制备超微颗粒的一种新方法。一般是在100-150oC温度 下和高气压环境下实现从原子、分子级的微粒构筑和晶体生长。溶剂为水称水热法，为其它溶剂如乙醇、异丙醇等时称溶剂热法。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/72a45ed5-3a7f-4aab-ac13-26fff845a89a.jpg" title=" 2.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图二 纳米氧化锌的SEM图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 二、纳米氧化锌作为隐身材料的基本原理及应用 /p p style=" text-indent: 2em " 隐身材料是用于降低军事目标可探测性的材料。材料隐身的基本原理是降低 目标自身发出的或反射外来的信号强度；或减少目标与环境的信号反差，使其低 于探测器的门槛值；或使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。目前雷达在各种探测器中仍占主导地位，因此雷达波隐身材料是隐身技术 中最主要和发展最快的隐身材料。雷达波隐身材料的基本性能要求是吸收雷达 波，因而这种材料又称为雷达吸波材料。 /p p style=" text-indent: 2em " 雷达吸波材料是通过吸收衰减入射的能量以减少反射能量，降低军事目标 可探测性。吸波原理通常是以下3类：一是雷达波作用于材料时，材料吸收雷达波的能量，并通过产生电导损耗、高频介质损耗、磁滞损耗等，使电磁能转化为热能散发掉；二是使雷达波在材料表面的反射波能量分散到目标表面的各个部 分，减少雷达接收天线方向上散射的电磁能；三是使雷达波在材料表面的反射波与进入材料后在材料底层的反射波叠加产生干涉相消。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7bdaafeb-819d-4b2c-9e93-7c6be4801a38.jpg" title=" 3.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图三 波与物质作用示意图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 氧化锌是一种直接带隙的多功能宽禁带新型无机半导体材料。在室温下禁带 宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 MeV，具有良好压电特性，在紫外光发射材料、透明导电、场发射显示器件、太阳能电池与气体传感器、紫外半导体光电器件材料方面有着广泛应用。近年来人们发现氧化锌是不错的吸波材料，引起了人们极大的兴趣。 /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌是一种新型多功能的无机材料，在声、磁、光、电等方面具有很多优异性能，并且现在工业化生产各种形状的纳米氧化锌已得以实现，因此，随着研究的日益深入，纳米氧化锌将可能成为一类多功能复合型吸波隐身材料。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d0ebb66e-64b9-4619-8e93-c88086741f42.jpg" title=" 4.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图四 纳米氧化锌应用于隐身材料 /span /p

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所吴正岩课题组、上海交通大学医学院教授邹多宏、中科院强磁场科学中心研究员钟凯合作，在石墨烯基磁共振纳米诊疗剂的开发上取得进展，相关成果在线发表在 em Nanoscle /em 杂志（DOI: 10.1039/C7NR07957E）上。 /p p 　　传统石墨烯基磁共振纳米诊疗剂存在两个问题，一是石墨烯二维材料尺寸较大，在活体中滞留时间较长，难以代谢，对活体器官造成潜在危害；二是接枝钆螯合物效率低，磁共振成像效果差，难以发现微小肿瘤。基于此，吴正岩研究组利用化学手段将氧化石墨烯裁剪成80-100nm尺寸的纳米片，使氧化石墨烯在活体内具有合适的滞留时间，且易于代谢出体外；同时，将裁剪后的氧化石墨烯与金属化的树状高分子接枝，提高氧化石墨烯表面钆螯合物含量，使磁共振成像效果显著提高。在小鼠体内实验结果表明，该纳米诊疗剂能够显著提高肿瘤组织对比度，增加肿瘤组织检测敏感度，对肿瘤展现很好的抑制作用，提高肿瘤的治疗效率。此外，该纳米诊疗剂具有很好的血管造影功能，为心血管疾病的诊断提供了积极思路。 /p p 　　研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部等的资助。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171213292827906380.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/4f0b4415-f0ed-4596-be1e-e45b64c77067.jpg" / /p p style=" text-align: center " 技术原理图 /p

SPEX MIXER/MILL® 8000系列高能球磨仪可将坚硬或易碎样品粉碎至可分析细度，部分样品研磨精度可达纳米级别。采用独家专利的∞式三维立体运动模式研磨，360°立体无死角，非正反转方式，可以在最短的时间内向样品输送最高的机械能量，为目前世界上所有球磨仪中能量最高、速度最快的球磨机。SPEX以其在球磨机研发和生产超过60年的经验以及在球磨机创新领域所做出的突出贡献，成为美国球磨机行业标准的制定者。SPEX高能球磨仪可用于岩石、矿物、金属合金、陶瓷、催化剂、玻璃、沙子、水泥、炉渣、医药、植物和动物组织、谷物、种子、油漆和油墨、电子、RoHS样品等分析用样品研磨。 下文将介绍SPEX高能球磨仪用于分析纳米晶体材料中的颗粒尺寸效应。该应用源自: S. Indris, D. Bork, P. Heitjans, J. Mater. Synth. Process 8, 245 (2000),经汉诺威大学物理化学和电化学研究所P.Heitjans教授同意。原文献阅读请联系科尔帕默公司。✦ ++高能球磨法制备纳米晶氧化陶瓷SPEX 高能球磨仪分析纳米晶体材料中的颗粒尺寸效应需要一种可以调节颗粒尺寸的技术。在本研究中，使用球磨机(8000M Mixer/Mill® , SPEX SamplePrep；配备有氧化铝和氧化锆小瓶)。球磨特别适合这项任务，因为它易于使用，并允许研磨相对大量的材料以及各种不同的材料。分析介质为：Li2O、LiNbO3、LiBO2、B2O3、TiO2和Li2O：B2O3混合物。通过研磨时间测定平均粒径，随后通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）进行分析。选择含锂材料是因为它们作为固体电解质的潜在用途。TiO2在用作光催化剂方面是令人感兴趣的。对于吸湿性材料，在氩气气氛中填充氧化铝研磨瓶并将其放入密封的不锈钢容器中。► 颗粒大小不同的氧化物表现出不同的研磨特性，但最小粒径约为在研磨8至10小时后获得20nm.通过XRD分析和TEM数据确定颗粒尺寸。差示扫描量热法（DSC）表明，纳米晶样品是亚稳态的，加热导致颗粒生长。在烧结过程中，当要生产固体致密陶瓷时，要考虑到这一点。其他研究小组先前的研究表明，两步烧结特别适合在第二步中使用较低的温度。通过两种方法分析，TiO2在研磨过程中发生了部分相变。当进行球磨时，包含另外杂质的金红石以较小粒径的纯金红石（不含杂质）形式获得。► 化学反应陶瓷组分的混合和随后的压制产生具有多个不同边界层的材料。这种不同界面的晶格可以通过改变颗粒尺寸来改变。在分析Li2O∶B2O3的50∶50混合物的过程中，检测到由于该化学-机械过程引起的化学变化。在短时间后，用XRD分析仅检测到原始化合物的谱线，而在4小时后出现新的谱线。新形成的产物是Li2B4O7。这表明反应的最终产物并不取决于混合物的组成，而是取决于边界层的条件。► 结论高能球磨特别适用于颗粒尺寸的减小以及后续化学和物理变化的研究。颗粒尺寸减小和随后生长的特征与所有分析的氧化物相似。开始时微晶材料没有发生化学反应，经过研磨后：一些材料表现出相变；另一些材料则表现出化学反应。更多推荐：SPEX8200高能行星式球磨机Spex 8200行星球磨机通过机械运动研磨样品，沿一个方向旋转震击器，而平台（太阳轮）沿相反方向旋转。机械磨具以2:1的比例进行，使容器相对于太阳轮的每一次旋转旋转两次。当容器移动时，相对离心力被传递到磨球上，使磨球以圆周运动的方式相互移动，并抵靠容器壁，从而研磨样品。

纳米二氧化钛是白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域。作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。在纳米材料生产环境中，粉尘颗粒面积较大，氧吸附较多，在有粉尘的环境中存在可燃性气体时，会大大增加粉尘爆炸的危险性。另外人体吸入粉尘会引起以肺为主的全身性疾病。根据GB/T 41456-2022，将空气中纳米二氧化钛粉尘采集到捕集液中，形成二氧化钛粉尘分散液。当分散液浊度T≤T0时，用二安替吡啉甲烷分光光度法测定其浓度；当分散液浊度TT0时，用过氧化氢分光光度法测定其浓度。注：分散液浊度T0 :取生产现场的纳米二氧化钛产品配制成1.8 mg/L的分散液，用浊度计测得的浊度值即为T0。以分散液浊度T≤T0为例，测定方法如下：1.配置溶液（1）二安替吡啉甲烷溶液称取25.0g二安替吡啉甲烷于1000mL烧杯中，加入400mL7.4%盐酸（采用37%盐酸配制而成），加热并搅拌至完全溶解，冷却，转移至500mL的容量瓶中，用7.4%盐酸定容至刻度，混匀，保存于棕色瓶中，4℃±2℃下冷藏。使用前1h取出。有效期1个月。（2）消解液向1000mL烧杯中加入350mL浓硫酸和200g硫酸铵，置于电热板上加热至硫酸铵全部溶解，然后自然冷却至室温，转移至500mL广口瓶中。（3）二氧化钛储备液称取500.0 mg二氧化钛产品于100mL烧杯中，加入消解液10mL，置于电热板上，在通风橱中逐渐升温至200℃消解，待溶液变为无色透明时取下，冷却，转移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，混匀。（4）二氧化钛使用液用移液管移取二氧化钛储备液5mL置于250mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，混匀。2.工作曲线的绘制（1）取6个50ml容量瓶，分别加入二氧化钛使用液0mL、1.0mL、2.0mL、3.0 mL、4.0mL和5.0mL。（2）向上述6个溶液中均依次加入8.0mL5.9%盐酸、2.0mL10g/L抗坏血酸和10.0mL50g/L二安替吡啉甲烷溶液，用蒸馏水定容至刻度，播匀，得到不同浓度的溶液。（3）分别移取（2）的6个溶液到比色皿中，用紫外-可见分光光度计在波长390nm处，以试剂空白为参比，测试吸光度，每个样品测试3次，计算其平均吸光度。（4）以二氧化钛浓度为横坐标，平均吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。工作曲线的直线拟合相关系数R² 应不小于0.999,否则重新绘制。3.分散液中纳米二氧化钛粉尘浓度的测试（1）将分散液样品至少超声5min。（2）用移液管取（1）分散波样品50mL于100mL烧杯中，在80℃条件下烘干。（3）在（2）样品中加入10mL消解液于烧杯中，置于电热板上，在通风橱中逐渐升温至200℃消解，待溶液变成无色透明时取下，冷却，转移至50 mL容量瓶中。（4）在（3）样品中，依次加入8.0mL的5.9%盐酸、2.0mL的10g/L抗坏血酸和10.0mL的50g/L二安替吡啉甲烷溶液，用蒸馏水定容至50mL，摇匀。（5）将（4）溶液转入比色皿中，用紫外-可见分光光度计在波长390nm处，测定吸光度，每个样品测试三次，计算其平均吸光度。最后计算纳米二氧化钛粉尘质量浓度。实验有大量的试剂添加、稀释配液等工作，赫施曼瓶口分配器可高效便捷地进行0.5%精度的液体移取，适合试验中盐酸等的有腐蚀性或挥发性等危险的试剂移取、分配工作。赫施曼的opus稀释配液系统的多体积分液模式,在一个分液程序中可设定10个独立的分液体积，设定好每次分液的体积和间隔时间后，按下分液键就可以进行一组分液，且分液参数（程序）还可保存和调用。可用于毫升级的母液添和稀释液的快速、准确地添加，非常适合做标准曲线和毫升级大批量灌装。

p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 第一届磁共振网络会议(iCMR 2017)特邀报告 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" sup strong 17 /strong /sup strong O固体核磁共振谱学研究氧化物纳米材料 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20171117161515.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/ead180f8-8d88-424f-8d96-1b2d14e2c015.jpg" / & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 彭路明 研究员 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 南京大学 /strong /p p strong strong 　　报告时间： /strong /strong 2017年12月6日& nbsp /p p 　　 strong 报名地址： a title=" " href=" http://　　报名地址：http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMR2017/" target=" _self" /a /strong a title=" " href=" http://　　报名地址：http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMR2017/" target=" _self" http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMR2017/ /a /p p 　 strong 　报告摘要： /strong /p p 　　氧化物材料种类繁多，在催化、环境和能源等领域具有重要的应用。氧化物纳米材料往往体现出较块体材料更优越的性能，一般认为这和纳米材料外露晶面、表面配位不饱和位点有关，然而其中很多细节尚不清楚。虽然电子显微镜技术能够直接观测纳米材料的表面，但其考察的样品量太少，代表性并不理想。因此，亟待发展新的针对氧化物纳米材料表面结构的表征方法。 /p p 　　以氧化铈纳米材料为例，我们发展了借助 sup 17 /sup O固体核磁共振谱学研究氧化物纳米材料的新方法[1]。和理论计算相结合，通过 sup 17 /sup O核磁共振化学位移能够区分氧化铈纳米粒子表面第1、2、3层以及内部的O物种。我们还发展了选择纳米氧化物材料表面标记 sup 17 /sup O同位素的新方法。以这一方法为基础，我们借助 sup 17 /sup O固体核磁共振谱学研究了主要暴露(001)晶面的锐钛矿氧化钛纳米片和主要暴露(101)晶面的锐钛矿氧化钛纳米八面体的表面结构，发现17O固体核磁共振谱学能够区分暴露不同晶面的氧化物纳米晶[2]。核磁共振的数据还显示两种晶面不同的结构细节：在(001)晶面上水分子主要是解离吸附而在(101)晶面上水分子以分子吸附为主；在(101)晶面上存在台阶位缺陷。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 123.jpg" style=" HEIGHT: 250px WIDTH: 605px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/noimg/b06dc444-cfc2-4153-8740-3fcbbe329451.jpg" width=" 605" height=" 250" / /p p 　　图1. (A) 氧化铈纳米颗粒和(B)主要暴露两种晶面的锐钛矿氧化钛的17O核磁共振谱图。 /p p 　　 strong 参考文献 /strong /p p 　　1. M. Wang, X.-P. Wu, S. Zheng, et al., Science Advances, 2015, 1, e1400133. /p p 　　2. Y. Li, X.-P. Wu, N. Jiang, et al., Nature Communications, 2017, 8, 581. /p p 　　 strong 报告人简介： /strong /p p 　　彭路明：1997-2001年在南京大学化学化工学院化学系本科学习，2001年获得学士学位；2001-2006年在美国纽约州立大学石溪分校化学系攻读博士，导师是Clare P. Grey教授，2006年获得博士学位；2006-2008年在美国斯坦福大学地质和环境科学系从事博士后研究，导师是Jonathan F. Stebbins教授；2008至今在南京大学化学化工学院从事教学、科研工作，历任副教授（2008-2014）、研究员（2014-）。在Nature Materials，Science Advances，Nature Communications，Journal of the American Chemical Society等杂志发表学术论文90多篇。入选2010年度新世纪优秀人才支持计划。2012年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目资助，同年获中国化学会催化专业委员会中国催化新秀奖。2016年起任中国物理学会波谱专业委员会委员，同年获英国皇家学会牛顿高级学者项目资助（Newton Advanced Fellowship）。 /p p & nbsp /p

一基本介绍高温纳米压痕仪的主要用途是获得薄膜和材料在一定温度下的微观力学性能，其力学性能随温度变化的特性具有巨大的工业和科学意义。但高温测量中存在热漂移，信号稳定性（噪声），表面氧化和尖端样品反应的困难，安东帕研发了一种新型的高温真空纳米压痕仪，该压痕仪能够完成在特定温度下的超稳定的测量，是一款商业化的高温纳米压痕仪。二工作原理该系统基于超纳米压痕测试仪（UNHT），该测试仪利用一种主动表面参照技术，该技术包括两个独立的轴，一个用于表面参照，另一个用于压痕。在这种对称结构和差分深度测量技术中使用的极硬且热膨胀系数非常低的材料导致系统的柔量可忽略不计，并且热漂移率非常低。这样就可以进行稳定且长期的测量（例如蠕变测试），而不必担心漂移和噪声。每个轴都有自己的执行器，位移和负载传感器。对于两个轴，通过压电执行器A1和A2施加位移。压头和基准上的负载是从弹簧K1和K2的位移获得的，这些位移是用电容式传感器C1和C2测量的。压头的位移是通过差分电容传感器C3相对于基准进行测量的。精确的反馈回路确保连续控制压头和基准上的法向力。三针尖与样品表面温度的匹配-热漂移最小化实验过程中热电偶读取的温度不是压头和参比端以及样品表面的真实温度。因此，压头和样品的表面温度需要精确匹配，以避免热量流过触点，从而避免热漂移。我们开发了以下3个步骤的程序来匹配此压头的尖端样品表面温度：a.将压头尖端放在距离样品表面约100微米以内的位置，并使用PID控制将样品和尖端加热到目标温度。现在，安装在压痕头上的热电偶将直接与样品表面接触。将样品表面温度调节至目标温度。温度稳定后，请切换至恒定功率模式以防止瞬时温度波动b.温度粗调：通过调整针尖加热过程中热电偶的温度，以最大程度地减大载荷压入样品表面时引起针尖的温度变化c.温度微调：进一步微调针尖加热过程中的功率，以达到零热漂移率(a) 长时间蠕变测试时的压痕温度(b) 通过粗调压头温度，以最大程度减少接触产生时的温度变化(c) 直接在热漂移测量过程中微调压头的加热功率安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

大家好，本周为大家分享一篇发表在Nat. Commun.上的文章：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics ，文章的通讯作者是威斯康星大学麦迪逊分校的葛瑛教授。　　蛋白质大多都是通过组装成蛋白复合物来执行特定的生物功能，因而表征内源性蛋白复合物的结构和动力学将有助于生命过程的理解。蛋白复合物在其组装、翻译后修饰(Post-translational modifications，PTMs)和非共价结合等方面是高度动态的，在native状态下通常以低丰度存在，这给研究其结构和动态性的传统结构生物学技术(如X-ray和NMR)带来了巨大的挑战。非变性Top-down质谱(nTDMS)结合了非变性质谱和Top-down蛋白组学的优势，目前已发展成蛋白复合物结构表征的有力工具，可以保留蛋白质亚基-配体间的非共价作用和PTMs等重要信息。然而，由于内源性蛋白复合物自身的低丰度特性，导致对其的分离纯化和检测非常困难，所以nTDMS目前仅限用于过表达的重组或高丰度蛋白质的表征。在本研究中，作者开发了一种非变性纳米蛋白质组学(Native nanoproteomics)技术平台，通过使用表面功能化的超顺磁性纳米颗粒(Nanoparticles，NPs)直接富集组织中的蛋白复合物，然后再利用高分辨质谱表征其结构和动态性。这里选用心肌肌钙蛋白(Cardiac troponin，cTn)异源三聚体复合物(~77 kDa)作为研究对象。cTn三聚体复合物是调节横纹肌肌动蛋白收缩的Ca2+离子调节蛋白，由TnC、cTnI和cTnT这3个亚基组成。其中，TnC是Ca2+结合亚基，cTnI是抑制肌动蛋白-肌球蛋白相互作用的亚基，而cTnT细丝锚定亚基。TnC与Ca2+的结合，以及cTnI 亚基的磷酸化，会共同引起细丝上的分子级联事件，诱导心肌收缩所必需的肌动蛋白-肌球蛋白交叉桥的形成。传统结构生物学技术不能有效捕获cTn复合物高度动态的构象变化，并且先前研究用的cTn复合物是由原核细胞表达的，缺乏PTMs的信息。因此，作者开发了native纳米蛋白组学的方法，以实现对人内源性cTn复合物结构和动力学的全面表征。作者首先使用肽功能化的超顺磁性氧化铁NPs富集了人心脏的内源性cTn复合物，同时优化了非变性蛋白提取缓冲液(高离子强度LiCl溶液，生理pH)。富集到的cTn复合物中的3种亚基的含量比例为1:1:1，真实反应了肌节cTn异源三聚体复合物的组成。作者也发现含有750 mM L-Arg，750 mM咪唑和50 mM L-Glu(pH 7.5)的溶液对蛋白复合物的洗脱效果最好，并且不会破坏亚基间的相互作用。该富集方法具有很好的重现性，proteoforms信息得到很好保留，且可以直接用于化学计量分析。总的实验流程如图1所示，洗脱后的cTn复合物经体积排阻色谱(Sze-exclusion chromatography，SEC)除盐和交换至醋酸铵溶液中，随后对cTn复合物进行多种nTDMS分析：1)在线SEC监测复合物 2)超高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)表征复合物的化学计量比和proteoforms 3)捕获离子淌度质谱(TIMS-MS)解析调控复合物构象变化中的非共价作用的结构动态性。　　图1. 用于表征人心脏中内源性cTn复合物的native纳米蛋白组学平台。　　为了全面表征内源性cTn复合物，作者使用FTICR-MS进行proteoforms测序和复合物表征。图2展示了native状态下检测丰度最高的cTn复合物的电荷态(19+)，其中包含了4种独特的proteoforms，这些复合物主要带有单磷酸化的cTnT、单磷酸化和双磷酸化的cTnI，以及结合了3个Ca2+的TnC。这些结果表明人cTn复合物在肌节中以结构多样化的分子组成存在，具有高度异质的共价和非共价修饰，可产生一系列不同的完整复合物。　　图2. FTICR-MS分析展示的cTn复合物状态。红色方框中是最高丰度电荷态(19+)的放大谱图，理论同位素分布(红色圆圈)可以与谱图很好叠加，说明结果具有高质量精度(质量偏差在2 ppm 以内)。　　作者接着对cTn复合物进行complex-up分析，以研究复合物的化学计量比及其组成。图3a~3b分别显示的是完整cTn三聚体复合物，以及经CAD碎裂后的蛋白亚基谱图。但这里没有检测到cTnI单体，可能是因为cTnI和TnC在native状态下的亲和力很强，且cTnI单体带的电荷不多，导致其在高m/z区域出峰，所以不易被检测到.随后，作者又对解离出的亚基进行complex-down分析。图3c展示了检测到的cTnT的多种proteoforms：未磷酸化的 cTnT、单磷酸化的cTnT(p cTnT)和 C 端 Lys 截断的磷酸化cTnT(pcTnT [aa 1-286])，CAD碎裂谱图也发现cTnT的C端较N端更易暴露在外界溶剂中。图3e则是cTn(I-C)二聚体的谱图，共检测到6种具有不同数量Ca2+结合和磷酸化的proteoforms。二级谱图可将cTnI的两个磷酸化位点准确定位在Ser22和Ser23，同时发现cTnI序列两端都较内部区域更易暴露于溶剂中。但还无法通过nTDMS准确推断Ca2+结合和磷酸化是如何影响cTn复合物的稳定性。作者在此也没有优化FTICR-MS在非常高m/z范围的离子检测，所以也会遗漏带少量电荷的cTn复合物信息。　　图3.nTDMS表征人心脏来源的cTn复合物。(a~b)完整cTn复合物和经CAD碎裂后的亚基谱图 (c~d)cTnT单体及其代表性的CAD碎裂谱图 (e~f)cTn(I-C)二聚体及其代表性的CAD碎裂谱图。　　人TnC蛋白含有3个钙结合EF-hand基序(结构域 II~IV)。结构域 II与Ca2+结合的亲和力较低，是触发心肌收缩的调控域。结构域 III 和 IV则与Ca2+具有强的亲和力，在心肌舒张和收缩时均始终保持与Ca2+充分结合，但结构域 II只有在收缩时才被Ca2+占据。这里观察到了TnC分别与0、1、2和3个Ca2+结合的情况，通过CAD碎裂也进一步定位了TnC与Ca2+结合的具体氨基酸序列(图4)。研究发现结构域 II的骨架最容易发生碎裂，而结构域 III的骨架最难碎裂。目前结构域 II~IV的序列在UniprotKb中分别对应65DEDGSGTVDFDE76、105DKNADGYIDLDE116和141DKNNDGRIDY152。这里分别将与1、2和3个Ca2+结合的TnC隔离出来进行CAD碎裂(m/z分别为2312、2316和2321)，可以更准确地将结构域 III、II和IV的序列分别定位到113DLD115、141DKNND145和73DFDE76(图4c)，表明非变性纳米蛋白组学方法在定位非共价金属结合方面具有高分辨能力。　　图4.nTDMS定位 TnC与Ca2+结合的结构域。(a)FTICR-MS隔离与不同数量Ca2+结合的TnC单体 (b~c)与两个Ca2+结合的TnC的CAD碎裂谱图，蓝色、红色和黄色方框分别对应结构域 II 、III和IV。　　Ca2+与TnC的结合会对cTn复合物的功能和构象有着很大影响。cTn复合物的核心区维持着构象的稳定，但当Ca2+与TnC发生结合时，其柔性区会经历广泛的构象变化，复合物结构会从“closed”状态转变成“opened”状态，这会促进肌动蛋白和肌球蛋白间的相互作用，最终导致心肌收缩。然而，传统结构生物学技术很难捕获cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化。因此，作者使用离子淌度质谱来分析cTn复合物的构象变化。TnC亚基和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体的淌度分离谱图如图5所示。与0~3个Ca2+结合的TnC的碰撞截面(Collision Cross-Section，CCS)值分别为1853、1849、1829和1844 Å2(图5a~5b)，TnC构象比IMPACT预测的更为紧凑，但cTn(I-C)二聚体的CCS值与预测的非常接近(图5c~5d)。作者推测TnC与两个Ca2+结合会形成更致密的构象，是因为在静息舒张时Ca2+与结构域 III 和 IV充分结合。当第三个 Ca2+与结构域II结合时，TnC转变为“opened”构象，使其N端与cTnI的C端相结合，进而引发心肌收缩(图5e)。cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化也是如此(图5f)。　　图5.TnC单体(a~b)和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体(c~d)的离子淌度分离谱图 (e~f)TnC和cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化。　　最后，作者通过添加EGTA来剥离cTn复合物中的Ca2+，以进一步研究Ca2+在维持复合物结构稳定性上的作用。图6b~6c是没有EGTA孵育时的cTn复合物的TIMS-MS谱图。cTn复合物的CCS值与理论预测值非常符合。随着EGTA孵育浓度的增加(25、50和100mM)，Ca2+逐渐被螯合，cTn复合物的结构也越来越舒展，体现在平均电荷态逐渐增加，以及逐渐在较低m/z范围内出峰，这表明cTn复合物构象的稳定性丢失与EGTA浓度的增加相关(图6d~6f)。虽然100mM EGTA孵育也不敢保证Ca2+的完全剥离，并且cTnI的存在又会增强TnC与Ca2+的结合，但TIMS-MS为我们研究cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化提供了一种切实可行的分析手段。　　图6.cTn复合物与EGTA孵育时的构象变化。(a)cTn复合物的构象随EGTA孵育浓度的增加发生改变 (b~c)cTn复合物的TIMS-MS谱图 (d~f)cTn复合物与不同浓度EGTA(25、50和100mM)孵育的谱图和CCS分析。　　总的来说，本研究开发了一种可用于内源性蛋白复合物富集和结构表征的非变性纳米蛋白组学方法，以获取其组装、proteoforms异质性和动态非共价结合等方面的生物信息。本文采用的功能化NPs可被灵活设计成选择性结合特定的靶蛋白，在富集和洗脱过程中可以很好保持其近似生理条件下的存在状态。更为重要的是，功能化NPs与nTDMS的整合可以作为一种强有力的结构生物学工具，可以作为传统技术的补充，用于内源性蛋白复合物的表征。　　撰稿：陈昌明 编辑：李惠琳文章引用：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics　　参考文献　　Chapman EA,Roberts DS, Tiambeng TN, et al. Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics. Nat Commun. 2023 14(1):8400. Published 2023 Dec 18. doi:10.1038/s41467-023-43321-z

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题（查看专题），并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期邀请苏州纽迈分析仪器股份有限公司市场总监杨翼，就小动物成像技术流派中的核磁成像技术特点以及发展方向进行介绍。——01——核磁成像技术地位及难点 众所周知，磁共振成像在众多小动物活体成像技术中，不受环境光和成像样品深度限制，可呈现多平面、高对比度的原位图像，尤其在软组织成像中具有无法比拟的效果。但到目前为止，磁共振成像技术的广泛应用受到传统超导磁共振成像系统高昂的采购成本，以及系统选址、安装、运行和日常维护成本的制约。此外，操作超导磁共振成像系统存在重大的安全问题和复杂性，这需要具有特定磁共振物理专业知识的专业技术人员来操作仪器及其复杂序列和成像协议。对于需要对小动物进行成像的实验室人员来说，这些难点形成了技术采用的重重阻碍。——02——用户友好型的低场磁共振成像（Low-Field MRI） 为使核磁成像技术更好普及，也为了带给客户更好的成像效果，以纽迈为代表的核磁设备厂商引入了低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）。低场核磁共振成像（Low-Field MRI）是指在相对较低的磁场强度下进行的核磁共振技术或成像技术。相对于传统的高场核磁共振技术（如1.5T或3T），低场核磁共振通常指磁场强度在0.1T到1.5T范围内的系统。在降低成本和增加稳定性的同时，更友好地面向非核磁专业的实验室人员。 纽迈低场核磁设备独特之处 例如搭载了苏州纽迈最新低场核磁技术的NM42-060H-I就是一款1.0T的小动物核磁共振成像仪，具有以下特点：● 高强度永磁体，磁场强度达到1.0T,无维护费用 —》 降低购置与维护成本● 紧凑小巧，便于安装 –》 节省空间，无需建造屏房● 功能强大，配套齐全 –》 降低使用门槛● 操作简单，软件功能齐全 –》 心电监护、呼吸门控、气体麻醉可选● 纽迈核磁厂家独家服务团队，提供专业、优质、快捷的技术支持服务纽迈核磁动物疾病模型成像分析仪NM42-060H-I品牌：纽迈分析型号：NM42-060H+受益客户群体低场核磁成像最适用的小动物为大鼠和小鼠，一些对此类模式动物成像有典型需求的客户，例如高校、研究所的转化医学实验室，医院中的临床实验室，以及药物研发机构等，通过研究脑组织结构病变，肿瘤识别、生长、治疗过程研究，关节软骨损伤、治疗研究，血管和软组织（脑、肝、肾等）形态等，用以验证药效及治疗手段。在病变识别-发展-治疗的研究方向上，与纽迈生命科学领域的百余用户共同受益。——03——低场核磁成像技术的发展方向在体内（In Vivo）成像领域，多模态是必然趋势。由于是多维尺度的成像技术，需要每种模态的技术共同进步，并非简单的混合成像。对于研发厂商来说，硬件上，需要对不同成像模式下进行传感器的整合及排除相互干扰；软件上，则需要应对信号衰减，对图像进行融合和配准。然而，真正能够实现“1+12”，还需要客户在成像探针的开发上与厂商共同努力。令人欣慰的是，很多纽迈的用户已经开始了多模态探针的探索尝试：纳米材料由于良好的功能特性，被合成为多模态探针，并在纽迈小动物核磁共振成像仪上得到证明，例如介孔二氧化硅、纳米气泡、SPIO（超顺磁氧化铁纳米颗粒）等。既可以凸显核磁在肿瘤模型如脑胶质瘤、乳腺瘤、畸胎瘤等成像中的优势，又可以借助细胞追踪、光热效应等技术将核磁带入新的成像领域。关于纽迈苏州纽迈分析仪器股份有限公司已成立21年，在几乎被国外企业垄断的市场中不断壮大，树立了良好的业界口碑，作为低场磁共振科学仪器设备国内领军品牌，纽迈分析为推动国内低场磁共振行业可持续发展，成为“低场磁共振整体解决方案专家”不懈努力。——The End——小动物活体成像技术专题征稿进行中！为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。投稿邮箱liuld@instrument.com.cn征稿提纲：https://www.instrument.com.cn/news/20230925/685455.shtml会议推荐仪器信息网将于2024年6月6日举办“第一届小动物活体成像技术与前沿应用”主题网络研讨会（iSAI2024），围绕创新活体成像技术、在肿瘤研究中的应用展开探讨与交流，为科研工作者和相关从业人员搭建一个即时、高效的交流和学习的平台。14位嘉宾报告方向从小动物活体成像技术研发、科研应用到成像数据分析全面覆盖。覆盖分子成像探针开发、PET成像、MRI成像、PAI光声成像、NIR-II成像、拉曼成像在肿瘤等疾病中的应用，还特别分享小动物活体成像数据分析技术经验，干货满满。日程报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/sai240606.html

p 　　恶性肿瘤严重威胁人类的生命健康，其发病率和死亡率非常高。因此，肿瘤的早期诊断对于癌症的预防和治疗是至关重要的。肿瘤标志物是由肿瘤组织自身产生，可以反映肿瘤存在和生长的一类生化物质，主要包括胚胎抗原、天然自身抗原、肿瘤相关的酶、激素以及癌基因等。miRNA是一类长度为18～25个核苷酸的非编码单链RNA，不仅在基因表达调控中起到非常重要的作用，同时还在细胞增殖、分化、凋亡、造血等多个生物学过程中发挥着至关重要的作用。研究表明，miRNA的表达水平与多种肿瘤的发生、发展有着密切的关系。对于miRNA表达水平的监控，在疾病的早期诊断和预后观察等方面具有十分重要的意义。 /p p 　　近期，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员缪鹏课题组开发了多种针对miRNA的超灵敏电化学分析方法。利用核酸分子的组装，制备了多种功能纳米材料，如聚集态金纳米颗粒、双链核酸模版-铜纳米颗粒、核酸-多孔氧化铁纳米复合物等，并利用不同的信号放大技术，如级联链置换聚合反应、酶催化分子循环反应(T7核酸外切酶、双链特异性核酸酶)等，极大地提高了信号强度，最终通过电化学测量，实现了aM级的检测灵敏度。这些新型的分析方法还具有稳定性高、特异性好、易改造等优点，有望为miRNA的超灵敏检测提供有力的工具。 /p p 　　相应工作已发表(Anal. Chem., 2018, 90, 2395-2400 Anal. Chem., 2018, 90, 11154-11160 Chem. Commun., 2018, 54, 7366-7369 ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 36796-36804)。 /p p /p p style=" text-align: center " img title=" asdasdasdasd.jpg" alt=" asdasdasdasd.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/b01b1693-bd34-4e0d-80e5-be7f7d0fafb2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　miRNA超灵敏电化学检测示意图 /p p & nbsp /p

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组(502组)包信和院士、傅强研究员和宁艳晓副研究员团队在负载纳米团簇催化剂的结构控制和微观表征方面取得新进展，利用金属—氧化物相互作用调控金属纳米团簇的尺寸与稳定性，揭示了载体氧化物表面氧原子p-带中心可用于定量描述金属—氧化物界面作用。负载纳米团簇在许多催化反应中表现出高活性、高选择性以及高原子利用率，基于原子规整的模型催化剂和原子可视的表面表征方法可以对纳米团簇的稳定机制和催化作用提供微观理解。在前期研究中，该团队发现单层分散、亚稳态、高活性氧化物纳米结构可以在贵金属表面稳定，并提出界面限域催化概念(Science，2010；Acc. Chem. Res.，2013；JPCC，2015；ACS Nano，2017)。近期，团队进一步揭示了金属表面和环境气氛对氧化物纳米结构动态变化的协同限域效应(PNAS，2022)。在本工作中，研究人员在FeO/Pt(111)和FeO2-x/Pt(111)表面上构建了结构规整的金属(Cu、Ce等)单原子和纳米团簇阵列结构。对这些团簇结构的选择性落位以及热稳定性研究发现，氧化物载体表面氧原子活性决定了金属原子与氧化物的作用强度。基于理论研究发现，可以利用表面氧原子p带中心来描述表面氧活性，并与Cu在氧化物上相互作用强度实现很好的关联。据此，团队提出了表面氧原子p带中心可以作为金属—氧化物相互作用的定量描述符。相关研究成果以“Periodic Arrays of Metal Nanoclusters on Ultrathin Fe-Oxide Films Modulated by Metal-Oxide Interactions”为题，发表在JACS Au上。该工作的第一作者是中国科学院大连化学物理研究所502组博士研究生罗序达。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

核磁共振是检查身体的&ldquo 利器&rdquo ，但植入心脏起搏器的患者&ldquo 禁止入内&rdquo &mdash &mdash 这是因为核磁共振的高磁场可能导致心脏起搏器的损坏。但我国科学家日前研制成功的超低场核磁共振谱仪，很可能在不久的将来解除这项&ldquo 禁令&rdquo 。 　　这台仪器是由中科院武汉物理与数学研究所超灵敏磁共振研究组研制成功的，是我国首台近室温(40摄氏度)的超低场核磁共振谱仪。这种仪器不但可用来研究物质分子在地磁场等自然条件下的结构信息与动力学，还能直接探测铁磁性物质如氧化铁磁纳米粒子等样品，有望在生物、医学等领域发挥作用。 　　核磁共振是一种探测物质分子结构和动力学的技术，探测到的信息则要用磁共振成像来还原，这就需要核磁共振谱仪。传统的核磁共振技术采用射频感应线圈来探测磁共振信号，为了获得更高的信号灵敏度，大多数商用核磁共振谱仪都在向高磁场发展。但是，高磁场有很多局限性。比如不能用于心脏起搏器等体内植入器件 再比如，我们身处的地球磁场是弱磁场，这就让传统的核磁共振谱仪面对处于自然环境中的化学样品和生物组织往往&ldquo 束手无策&rdquo ，难以获得可用的信号。 　　超低场核磁共振谱仪就是一种可以探测极弱磁场下磁共振信号的仪器。该研究组刘国宾博士利用高灵敏原子磁力计替代传统的射频线圈，从而能通过光学技术探测到极弱磁场下的磁共振信号。这种仪器既能在自然条件下保持灵敏性，也降低了制造成本 同时，它对造影剂的探测精度很高，因此在医学、生物等领域有很广阔的应用前景。

【科学背景】随着室温超薄铁电材料的出现，包括氧化铪、钙钛矿氧化物和范德瓦尔斯（vdW）材料，科学界开始关注这些材料带来的新颖性和潜在应用。这些超薄铁电材料的出现挑战了长期以来对铁电性的关键尺寸效应的认识，为开发微型铁电器件并将其集成到现代半导体技术中提供了新的机遇。电容效应通过应变梯度和电极化的耦合来操纵铁电性质，而无需外部电压。这一效应的引入使得铁电材料的控制变得更加灵活，并有望在低维系统中发挥更大的作用。然而，尽管已经取得了一些进展，但到目前为止，在铁电材料中广泛实施柔电控制仍然比预期中少见。其中一个主要问题是机械开关路径通常被限制为单一或固定方向，导致了柔电控制的缺陷。为了克服这些挑战，中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心曾华凌教授课题组和云南师范大学付召明教授合作通过使用范德瓦尔斯材料的固有柔性，利用纳米尖印压技术在超薄铁电材料CuInP2S6（CIPS）中实现了任意极化反转和人工域工程。相关研究在“Nature Communications”期刊上发表了题为“Reversible flexoelectric domain engineering at the nanoscale in van der Waals ferroelectrics”的最新论文。他们观察到，在纳米尺度下施加压力后，CIPS的形态经历了一种延展变形，这种软变形导致了双向柔电场的产生，从而使CIPS的极化可以双向反转。通过控制施加的尖端力，他们还能够实现不同形状的纳米域的选择性生成，并且可以观察到铁电域的转变。【科学亮点】(1) 本研究首次通过尖端印压技术在超薄铁电材料CuInP2S6（CIPS）中实现了任意极化反转和人工域工程。与传统体材料中的硬接触情况不同，本研究利用原子力显微镜（AFM）尖端在纳米尺度下施加压力，观察到CIPS的形态经历了延展变形。(2) 实验结果显示，CIPS的软变形归因于其vdW材料的固有柔性，并产生了一个双向柔电场，使得CIPS的极化可以以双向方式反转。通过该技术，研究人员成功在预极化样品中选择性地生成了不同形状的纳米域，如点和环。(3) 进一步的研究表明，通过施加不同的尖端力以反转向下的铁电域，可以观察到三叶域向环域的转变，表明CIPS中存在面内各向异性的柔性。【科学图文】图1：二维材料中铁电极化力学双向调控策略演示。图2. 二维CuInP2S6中可逆无损挠曲电调控的演示。图3. 载荷力对极化和域的影响。图4：超薄CuInP2S6中的瞬态柔电控制。图5：任意柔电域工程。【科学结论】本研究提出了一种机械方法，可在纳米尺度上实现二维铁电材料中铁电极化的任意控制。通过利用超薄铁电材料中的面内各向异性柔性，并通过巨大的柔电场实现了独特的高极化铁电态。这一发现为利用机械手段在二维极限下可靠地切换铁电极化提供了新途径。作者的结果揭示了柔电控制在切换超薄铁电材料中复杂铁电性方面的高效性，同时为探索铁电性相关的新功能提供了有力支持。此外，实现的大应变梯度还为研究机械控制二维材料的电子、光学和磁学性质提供了重要机会。这些发现有望推动铁电材料在新型电子器件、光学器件以及磁学器件方面的应用，并促进了对超薄铁电材料的深入理解和开发。原文详情：Liu, H., Lai, Q., Fu, J. et al. Reversible flexoelectric domain engineering at the nanoscale in van der Waals ferroelectrics. Nat Commun 15, 4556 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48892-z

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯 /strong 2020年8月6日，威斯康辛大学麦迪逊分校细胞与再生生物系及化学系葛瑛教授团队和化学系金松（Song Jin）教授团队合作的最新研究成果“Nanoproteomics enables proteoform-resolved analysis of low-abundance proteins in human serum”发表于自然子刊《自然· 通讯》（Nature Communications）。 /span br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/920cf0e3-2372-4259-9c53-6422bbef08d2.jpg" title=" 截屏2020-08-06下午9.55.35.png" alt=" 截屏2020-08-06下午9.55.35.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" text-indent: 2em " 研究团队开发了基于纳米材料的蛋白质组学新方法，将功能化的超顺磁性纳米颗粒（NPs）与自上而下蛋白组学质谱分析结合，在有效地从血清中富集心脏肌钙蛋白I（cTnI）（cTnI是一种心脏疾病的生物标志物）的同时也能很好的去除血清白蛋白。该研究成果将在蛋白组学研究上得到广泛的应用， /span span style=" text-indent: 2em " 有助于揭示cTnI的分子指纹图谱，便于精准医疗研究。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b9d8e6d3-514d-4925-9144-b0c2d79c4b7a.jpg" title=" 图片 1.png" alt=" 图片 1.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 为了捕获cTnI并克服了抗体的某些局限性，研究人员设计了磁铁矿的纳米颗粒，这是一种磁性氧化铁，并将其与13个氨基酸长的肽相连。肽锁存在血液样本中的cTnI上，可以使用磁铁将纳米颗粒富集在一起。纳米颗粒和多肽很容易在实验室中制备，成本便宜且稳定。使用纳米颗粒，研究人员能够有效地富集人类心脏组织和血液样本中的cTnI。再利用高分辨率质谱分析技术，不仅可以准确测量cTnI，还可以评估蛋白质的各种修饰形式。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 不仅如此，该方法还可通过修改纳米颗粒进而推广到其他分析研究中去。 span style=" text-indent: 2em " 目前研究人员已经通过威斯康星州校友研究基金会提交了有关新技术的专利申请。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong 研究团队 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong 1、葛瑛教授团队（http://ge.crb.wisc.edu/） /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong /strong /p p style=" text-align: center" a href=" http://ge.crb.wisc.edu/" target=" _blank" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/56174d16-9c37-44aa-8c02-4adafbf2754b.jpg" title=" 2cf095ee-0245-4c65-9836-0281ec886250.jpg" alt=" 2cf095ee-0245-4c65-9836-0281ec886250.jpg" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 2、 strong 金松教授团队 /strong （https://jin.chem.wisc.edu/content/song-jin） br/ /p p style=" text-align: center" a href=" https://jin.chem.wisc.edu/content/song-jin" target=" _blank" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/77cf29d6-cb2f-4ab2-b3e6-6c6e30a72570.jpg" title=" SongJin Research Group_FIB_Smaller2.jpg" alt=" SongJin Research Group_FIB_Smaller2.jpg" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 原文地址： a href=" https://www.nature.com/articles/s41467-020-17643-1" target=" _blank" https://www.nature.com/articles/s41467-020-17643-1 /a /p p br/ /p

据物理学家组织网近日报道，新加坡国立大学工程学院生物工程系的研究人员研制出一种新技术，能够通过纳米粒子将红外光转化为紫外光和可见光，为深层肿瘤的非侵入性疗法铺平了道路。据称，该技术能够抑制肿瘤生长，控制其基因表达，是世界上首个使用纳米粒子治疗深层肿瘤的非侵入性光动力疗法。相关论文发表在近日出版的《自然医学》杂志上。 　　领导该项研究的新加坡国立大学副教授张勇(音译)说，人体内的基因会释放出一些特定的蛋白，从而保证机体的健康。但有些时候这个过程也会出现差错，导致包括癌症在内的一些疾病的产生。此前人们已经发现非侵入性光疗法能够控制基因的表达，纠正这一过程。但使用紫外光有一定副作用，有时甚至得不偿失 而可见光穿透力较弱，无法照射到组织深处的肿瘤。为此，他和他的团队开发出一种外面包裹着一层介孔(处于宏观和微观之间的尺度)二氧化硅的纳米粒子。他们发现，这种纳米粒子在被引入患者病灶区域后，可将近红外光转化为可见光或紫外光。通过这种方法就能有效激活基因，控制蛋白质的表达，从而达到治疗癌变细胞的目的。 　　研究人员称，与紫外光和可见光相比，近红外光安全且具有更强的穿透力，它能达到更深层的目标肿瘤组织而不会对健康细胞造成伤害，他们正计划将其扩展到其他以光为基础的疗法当中。该技术具有极为广泛的应用前景，除光疗法外，还可以被用于生物成像和临床诊断，借助这些纳米粒子可以获得更清晰精确的癌细胞图像。目前该项目已经获得了来自新加坡A*STAR研究所和新加坡国家研究基金的资助，下一步该团队还将借此技术开发出用于快速诊断的试剂盒。

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子构成蜜蜂窝形式的二维纳米结构，具有大的比表面积和良好的载流子传导性能，预期在高灵敏、低功耗室温生物化学传感器方面将得到广泛应用。然而，由于传感物质与石墨烯之间的吸附、电荷转移和脱附等相互作用，器件的有效制作方法和性能优化等方面还有大量工作需要探索。 　　一氧化氮(NO)气体一方面是有害气体，另一方面却是重要的生物功能信息传递分子。及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。 　　近期，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所器件部刘立伟课题组李伟伟等与中科院物理所科研人员合作，在制作基于石墨烯的高灵敏一氧化氮气体传感器方面取得进展。研究人员以微纳加工图形化的石墨烯为电极，利用交流电泳技术制作金属纳米颗粒修饰还原的氧化石墨烯传感通道。气体分子的作用降低了石墨烯与金属颗粒之间Schottky势垒的厚度，实现了1 ppb(10亿分之一)至1 ppm(100万分之一)的高灵敏探测性能，对于低功耗、室温NO高灵敏呼吸和环境探测具有潜在应用价值。器件制作示意图和性能测试如图所示。 　　该项工作成果已经发表在ACS Nano(2011, 5 (9), pp 6955–6961)上。 　　该项研究得到了国家基金委、科技部、苏州市科技发展计划的资助，并得到苏州纳米所加工和测试平台的技术支持。 　　基于石墨烯的高灵敏传感器件结构和性能

p 　　日前，中科院科技战略咨询研究院国家纳米科学中心联合发布《纳米研究前沿分析报告》，报告内容显示，近年来，全球主要国家纳米技术研究投资不断加大，科研人员数量和相关企业数均大幅增加，在生物医药等新兴领域受到重视，并且纳米技术研究迈向新阶段，由单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米技术的应用和商业化。 br/ /p p 　　报告选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域分别进行分析，其中，纳米检测研究主要围绕量子点、贵金属纳米簇、上转换材料等纳米探针等技术以及纳米生物传感器几个方面开展。纳米生物和医学检测技术的热点主要集中在用于分子影像诊断的纳米探针技术 在贵金属纳米簇纳米探针研究高被引论文主要以核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针的研究，以增加其稳定性，并将其用于核苷酸、汞离子及蛋白等的生物检测。 /p p 　　在 “测量表征”部分，报告指出，纳米测量表征技术主要有两个发展方向，即光干涉测量技术和扫描纤维测量技术。该领域的研究前沿共涉及高被引论文153篇，研究内容包括光谱测量研究、电子显微测量研究以及利用多种表征手段研究纳米材料的表面/界面等。其中光谱测量研究对超分辨成像、纳米尺度磁共振研究、表面等离激元共振(SPR)以及表面增强拉曼光谱(SERS)四个研究方向进行了分析，指出当前各研究技术主要进展及研究内容。此外，报告中指出，原位透射电子显微镜(in situ TEM)技术实现了对物质在外部激励下的微结构响应行为的动态、原位实时观测。该方向的研究聚焦在利用原位透射电子显微镜技术对纳米电极材料的锂化和退锂化过程进行原位表征。 /p p style=" text-align: center " img width=" 305" height=" 329" title=" 2017931928553512.jpg" style=" width: 305px height: 329px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/352e77bf-1c41-43b7-adfd-897c393923f6.jpg" / /p p style=" text-align: center " 报告全文如下： /p p style=" text-align: center " 纳米研究前沿分析报告 /p p style=" text-align: center " 中国科学院科技战略咨询研究院 /p p style=" text-align: center " 国家纳米科学中心 /p p style=" text-align: center " 2017年8月 /p p 　　《纳米前沿分析报告》编写组 /p p 　　指导顾问 /p p 　　国家纳米科学中心 刘鸣华 /p p 　　总体设计 /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 冷伏海 边文越 /p p 　　国家纳米科学中心 吴树仙 /p p 　　各国计划分析 /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 张超星 /p p 　　研究前沿解读 /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 王海名(锂电池、太阳能电池、测量表征) /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 邢颖(纳米药物、纳米检测、仿生纳米孔、纳米安全性) /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 边文越(纳米发电机、纳米催化) /p p 　　数据分析化与可视化图谱 /p p 　　中国科学院科技战略咨询研究院 李国鹏 王小梅 /p p style=" text-align: center " img width=" 323" height=" 330" title=" 1.jpg" style=" width: 323px height: 330px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/1f315276-e54e-4d26-9586-3f9e3d74714a.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 摘要 /strong /p p 　　纳米技术是具有广泛应用前景的战略性前沿技术。本研究采用内容分析、文献计量、图谱可视化等分析方法，结合专家和领域情报人员的研究，对美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚以及我国纳米技术的战略规划和发展布局进行了调研分析 基于高被引论文的共被引关系，形成纳米技术前沿科学图谱，揭示了纳米技术的前沿方向，对比了主要国家的高被引论文数量 并选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域分别进行了分析解读。研究得出以下结论： /p p 　　1. 通过对比分析主要国家的纳米技术研发计划发现：(1)各国对纳米技术的信心普遍增强，资金投入和人员投入普遍加大 (2)各国将纳米技术列入促进国家经济发展和解决重要问题的关键技术领域，能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)纳米技术研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化 (4)各国通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合 (5)各国纷纷开展环境、健康、安全和伦理、限制等方式，社会研究以及国际标准和规范的制定，促进纳米技术相关产业被社会接受 (6)各国普遍重视纳米技术的基础教育和高等教育。 /p p 　　2. 基于科睿唯安公司Essential Science Indicators数据库中的11814个研究前沿，筛选出纳米领域研究前沿1391个，综合考虑论文的被引用情况和发表时间，遴选出41个热点前沿和37个新兴前沿。1391个研究前沿涉及高被引论文6639篇，美国和中国高被引论文数量遥遥领先于其他国家。 /p p 　　3. 美国在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”和“测量标准”7个前沿研究领域中高被引论文数量排名第一，在“锂电池”和“纳米催化”中高被引论文数量排名第二。我国在“锂电池”和“纳米催化”2个研究领域中高被引论文数量排名第一，在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米安全性”5个研究领域中排名第二，在“测量标准”中排名第四，在“纳米仿生孔”方面还有待提高。 /p p 　　4. 我国在纳米科技领域已形成一批达到世界领跑水平的优势研究方向和优秀团队。例如中科院化学所、南开大学、华东理工大学、北京大学等机构在太阳能电池领域，中科院大连化物所、中科院上海高等研究院和上海科技大学等机构在高效合成低碳烯烃领域，均取得突出成果。 /p p 　　综观纳米研究的前沿分布和变化趋势，我们相信：纳米科技正在深入到科技与社会的变革领域，向绿色、健康等国际前沿和国家需求的大方向发展，中国在世界竞争格局中逐渐占据优势地位，并具有改变未来发展秩序的潜力。 /p p 　　由于数据研究和专业水平的限制，本报告可能有些观点有待商榷，恳请各位专家读者批评指正。 /p p style=" text-align: right " 　　《纳米研究前沿分析报告》编写组 /p p style=" text-align: right " 　　2017 年 7 月 /p p style=" text-align: right " 　　北京 /p p style=" text-align: center " strong 一 主要国家纳米研究计划分析 /strong /p p 　　2001年，美国率先制定了《国家纳米技术计划》，英国、德国、俄罗斯、欧盟、中国、日本、韩国、印度、澳大利亚等国家随后也制定了本国或本地区的纳米技术发展计划。进入本世纪第二个十年，各国纷纷对原有计划进行了更新和调整。 /p p 　　纵观各国纳米技术研发计划，既有共性又有各自的特色和侧重。共性之处至少包括以下6点：(1)对纳米技术的信心普遍增强，投资力度普遍加大，核心科研人员数量和相关企业数均大幅增加 (2)将纳米技术列入促进国家经济发展和解决关键问题的关键技术领域，在能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化，纳米技术的研究走向了新的阶段 (4)通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合，缩短从“提案”到“产业化”的时间 (5)开展EHS(环境、健康、安全)和ELSI(伦理、限制、社会课题)研究以及国际标准和规范(ISO、IEC)的制定，促进纳米技术新型产业被社会接受 (6)重视纳米技术的基础教育和高等教育。 /p p 　　在各自特色和侧重方面，首先各国计划的总体方向和实现目标不尽相同。作为纳米创新战略的领先者，美国的纳米战略和研究目标更为具体，近几年先后制定了关于碳纳米管研究、纳米纤维素商业化及纳米技术在水资源的可持续利用等使命导向型的研究计划。同时，其战略规划更致力于通过多学科融合解决一些重大挑战问题，例如2015年发布了《纳米技术引发的重大挑战：未来计算》项目。日本的战略规划强调利用纳米技术“尖端化”和“融合化”的已有成果，将那些能够应对社会需求的纳米技术进一步体系化，促进课题解决型研究的发展。韩国的战略规划在继续重视战略性纳米技术基础研究的前提下强调促进纳米技术产业化，实现信息技术融合型新兴产业、未来发展动力、整洁便利环境、健康长寿及安全放心的社会5大国家战略技术目标。德国的纳米研究计划将研究重点放在了对现有研究成果的有效转化上，希望借此能提高德国企业的竞争力。欧盟近几年的纳米技术战略计划侧重于石墨烯的研发和应用上，尤其是其在能源领域的应用。澳大利亚的纳米战略计划希望在已有研究实力基础之上实现能源、环境、健康、国家安全及振兴制造业等重大挑战性问题的解决。至于中国，除国家自然科学基金委外，其它相关机构没有设立单独针对纳米科学和技术的全谱规划。国家自然科学基金委的规划更偏重于基础研究，重在纳米制造和测量及机理/机制的研究，部分规划涉及应用领域，如能源、医药、环境等，但多数处于应用研究的最前端，离真正的商业化或者产业化还有较长距离。 /p p 　　其次，各国计划中具体研究方向/领域也存在着显著的区别。本文选取了生物、环境、能源、器件与制造、测量、仪器设备、标准与安全7个领域进行比较分析，发现如下特点。 /p p 　　1)生物领域：英国偏重于生物纳米技术的产业化，如建立纳米纤维的生产平台，设计纳米工厂等 中国较重视碳纳米材料的生物应用及具有免疫应答的生物医用材料的开发 澳大利亚偏重于人体仿生纳米器件的研究 印度希望利用纳米粒子开发抗虫害植物品种。俄罗斯、德国、韩国及欧盟等把纳米植入材料作为其重要的研究方向 美国、俄罗斯、澳大利亚、日本及印度等把纳米药物的靶向输送列为重点支持方向 美国、日本、德国等高度重视医学成像。 /p p 　　2)环境领域：欧盟和德国将CO2的捕获和利用作为重要的研究方向，英国更为关注纳米材料对环境的毒性研究，日本把放射性物质的去除技术作为其战略方向之一，韩国较为重视大气净化纳米催化剂研究，中国较为重视极端环境材料的研发。美国、俄罗斯、英国、澳大利亚、日本等高度重视纳米材料水处理技术。 /p p 　　3)能源领域：美国在纳米储能材料领域较为重视锂电池固体聚合物电解质、热自发电池等的研发，在纳米发电材料领域较为重视多孔固体氧化物燃料电池电解质及光伏发电增强材料的研发。欧盟重视柔性电池、轻型电存储及储氢系统的研发以及发展包括渗透能发电在内的新型可再生能源。俄罗斯较为重视太阳能电池、重型陶瓷磁铁及替代能源材料的研发，英国将研发重点放在了钙钛矿型电池模块化上，日本强调对高温超导输送电的研究，韩国主要部署了柔性电极、智能窗户及隔热元件等研究方向，澳大利亚较为重视安全动力电池和太阳能电池的研发，中国较为重视热电材料和长续航动力电池的研究。 /p p 　　4)器件与制造领域：美国、俄罗斯和欧盟都将纳米传感器的研发列为其战略研究方向，美国和中国都很重视芯片的研发，欧盟和中国都将柔性智能器件、非易失性存储器列入研究方向。美国较为重视软物质制造技术，俄罗斯较为重视基于忆阻器的电子元件，欧盟较为重视基于石墨烯的集成电路、等离子体光开关及晶体管的研发，中国较为重视极低功耗器件和电路、3D打印、硅基太赫兹技术等。 /p p 　　5)测量领域：美国关注异质材料的表征，欧盟重视选择性单分子探测，俄罗斯强调原子分辨率的材料表面成像系统，中国将重点研发具有极限分辨能力的表征和测量技术。 /p p 　　6)仪器设备领域：欧盟和韩国在柔性显示器方面均有战略部署。美国、德国、欧盟、韩国、澳大利亚等重视功能探测器/传感器(如分子探测器、光电探测器、感应传感器)研究。欧盟较为重视利用太赫兹技术的相关器件的研发，德国则较为重视危险物质探测和救援人员防护设备的研发，俄罗斯较为重视对纳米机器人的研究，中国将纳米绿色印刷和纳米刻蚀作为重要的研究方向。 /p p 　　7)标准与安全领域：美国强调了对石墨烯的监管及其对基因等的影响，德国重视应用纳米技术时的必要保护措施及对食品材料的创新研究，韩国提出要研究感染性生物物质检测与监测，中国更为重视纳米领域应用的重要标准和检测技术。美国、德国、韩国、中国关于纳米标准与安全领域的战略部署均涉及纳米材料的生物安全技术研究。 /p p style=" text-align: center " strong 二 国际纳米研究前沿分析 /strong /p p 　　(一)数据、方法论及可视化图谱 /p p 　　科睿唯安公司Essential Science Indicators(ESI)数据库基于高被引论文(Top 1%)之间的共被引关系，聚类形成若干高被引论文簇，每一簇包括研究主题相同或相近的若干篇高被引论文，形成一个“研究前沿”。本报告以ESI数据库中的11814个研究前沿为基础，通过文献检索、专家遴选等方法筛选出和纳米研究相关的研究前沿1391个，涉及高被引论文6639篇。ESI数据获取时间为2016年1月，高被引论文发表时间为2008-2015年。 /p p 　　为了可视化展现纳米研究前沿在全领域研究前沿中的分布，本报告以研究前沿为基本单元，基于文本向量空间相似性计算了研究前沿间的相似性，然后用OpenOrd布局算法将研究前沿映射到二维空间，得到基于研究前沿的科学全景图谱(图1)。图谱中的每个点代表一个研究前沿，研究前沿的相似度越高则点的距离越近。通过不同颜色区分研究前沿中纳米领域论文比例的高低。本报告发现，一般比例达到60%以上才能归为纳米领域研究前沿。图1基本反映了纳米研究前沿在全领域研究前沿中的分布情况。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/0c4e8849-3e3f-4814-9805-6f95164908c0.jpg" / /p p style=" text-align: center " br/ /p p 　　本报告对6639篇高被引论文的通讯作者国别情况进行了统计，如表1所示，美国和中国分居前两位，遥遥领先于其他国家。 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/7cdd8138-2a06-475d-8f6f-c68362f35e19.jpg" / /p p 　　国家纳米科学中心组织专家对1391个研究前沿进行了命名。本报告按照“纳米制造”“纳米能源”“纳米生物”“纳米测量”对其进行分类，结果如表2所示，可视化图谱如图 2 所示。 /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/3db71f97-64dd-48cc-a409-302d5560aa03.jpg" / /p p 　　本报告采用文献计量学方法从1391个纳米研究前沿中遴选出热点前沿41个和新兴前沿37个(详见附录)。热点前沿的遴选主要考虑前沿的施引文献数量。根据表1中的分类，对每个类(包括“其他”类)中的研究前沿按照施引文献总量进行排序，提取排在前10%的最具引文影响力的研究前沿，再根据高被引论文出版年的平均值重新排序，找出那些“最年轻”的研究前沿。每个类分别选出10个热点前沿(不足10个，取全部前10%)，共计41个热点前沿。新兴前沿的遴选主要考虑组成前沿的高被引论文的时效性。首先选取高被引论文平均出版年在2014年1月之后的研究前沿，然后根据总被引频次从高到低排序，选取被引频次在60次以上的研究前沿，共计37个新兴前沿。 /p p style=" text-align: center " img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/aae5bf9e-3913-4042-8484-f05ceaad5866.jpg" / /p p 　　(二)研究前沿分析解读 /p p 　　本报告从“纳米能源”“纳米生物”“纳米制造”“纳米测量”四个大类中选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域进行分析解读。每个领域包括若干个研究前沿。 /p p 　　1 锂电池 /p p 　　锂电池领域的研究前沿共涉及高被引论文413篇，研究内容主要围绕锂离子电池、聚合物锂电池、锂离子电池表征研究等。如表3所示，中国在该领域的高被引论文数量最多，具有显著的优势，美国和新加坡的高被引论文数量分列第2、3位。 /p p style=" text-align: center " img title=" 6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/a015763d-1c43-4597-a61a-63bf7c6d2251.jpg" / /p p 　　(1)锂离子电池 /p p 　　a.负极材料 /p p 　　硅基材料由于具有高化容量、相对较低的充放电平台及储量丰富等优点，是目前负极材料的研究热点之一。在该研究方向上，斯坦福大学崔毅团队表现突出，设计制备了核壳、空心硅纳米球、中空硅纳米管、硅纳米线阵列等不同结构，进一步优化了其电化学性能。美国西北大学黄嘉兴研究团队的表现也较为抢眼，其研究聚焦在利用石墨烯改进硅基负极材料的相关性能。 /p p 　　常温下，锗拥有比硅更高的电子电导率和锂离子扩散率，因此锗是高功率锂离子电池负极材料强有力的候选者。目前，研究人员尝试制备各种锗纳米结构材料以改进其电极性能。韩国学者Park等获得了零维的空心锗纳米颗粒以及三维的多孔锗纳米颗粒，显示出较好的循环性能。 /p p 　　金属锡作为锂离子电池负极材料时的理论容量高达994 mAh/g，但其容量易迅速衰减、循环性能差。近年来研究人员开发出一系列纳米颗粒、纳米管、纳米片、纳米纤维、多孔结构等多种形貌的锡氧化物的合成与制备方法，显著改善了其循环性能和倍率性能。中国科学院、南京师范大学、上海交通大学、浙江大学等在该研究方向表现较为突出。 /p p 　　二氧化钛是有望替代石墨电极的锂离子电池理想负极材料。近年来，研究人员围绕不同形貌纳米结构的TiO2负极材料进行了大量的研究工作。新加坡南洋理工大学楼雄文研究团队在该方向表现突出，通过将TiO2和高导电性的石墨烯复合，获得了具有较高的可逆比容量、优异的循环和倍率性能的复合材料。复旦大学、中科院金属所、上海交通大学等均在该方向也取得了若干突破。 /p p 　　氧化铁由于其理论容量高、资源丰富、价格便宜等优势吸引了研究人员的极大关注。新加坡南洋理工大学楼雄文研究团队对α-Fe2O3应用于锂电池负极材料进行了大量研究，团队制备的α-Fe2O3纳米管、α-Fe2O3纳米盘，其中空和多孔的结构一方面增加了储锂空间，提高了嵌锂容量，另一方面对充放电过程中电极材料的体积变化均有缓解作用，从而显示出较优异的电化学性能。 /p p 　　其他获得了较多研究的可用作锂离子电池负极材料的金属氧化物还包括氧化钼、铜氧化物、氧化钴、氧化锰等。研究人员通过制备纳米结构的过渡金属氧化物、与导电聚合物复合、与金属复合等改善电极材料的电化学性能。浙江大学涂江平教授团队、新加坡南洋理工大学楼雄文团队、中科院物理所李泓研究员团队等均发表了多篇高被引研究论文。 /p p 　　石墨烯具有很高的杨氏模量和断裂强度，同时还具有很高的电导率和热导率、优异的电化学性能以及易功能化的表面，这些特点都使石墨烯成为锂离子电池负极材料的首先研究材料。中国在该领域表现突出，主要研究机构有南开大学、复旦大学、中科院化学所、国家纳米科学中心、中科院上海硅酸盐所、上海大学、浙江大学等。国外方面，美国西北大学、新加坡南洋理工大学、澳大利亚卧龙岗大学等也在该研究领域表现活跃。 /p p 　　二维MoS2纳米片作为锂离子电池负极材料时显示了较高的电化学储锂容量和较好的循环性能。中国研究人员在该领域较为活跃，浙江大学陈卫祥教授研究团队通过多种手段制备了MoS2/石墨烯复合材料并用作锂离子电池负极材料，不仅具有较高的可逆容量，而且其循环稳定性和倍率性能也十分优异。 /p p 　　b.正极材料 /p p 　　最具代表性的正极材料LiFePO4是目前锂离子电池正极材料研究的热点领域，研究人员致力于研究利用碳包覆、导电金属离子包覆、金属离子掺杂和电极材料纳米化等方法提高LiFePO4的性能。改性后LiFePO4的放电容量、高倍率放电性能、循环性能均获得了不同程度的提升。中国科学院、复旦大学、中南大学等国内研究机构在该领域表现活跃。 /p p 　　c.隔膜材料 /p p 　　该方向的高倍引论文集中在系统研究包含二氧化硅、三氧化二铝涂层的聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等新型锂离子电池隔膜材料对锂离子电池的容量、循环性能和倍率放电性能的影响方面。韩国在该研究方向表现较为突出。 /p p 　　d.机理研究 /p p 　　随着锂离子电池研究的日益兴起，对锂离子电池电极材料机理的探索也愈发受到关注和重视。美国桑迪亚国家实验室黄建宇(已经全职加入燕山大学)研究团队在该领域的表现较为突出。浙江大学、中国科学院等在该领域也发表了多篇高被引论文，但多为合作研究。 /p p 　　e.柔性锂离子电池 /p p 　　中科院金属所、半导体所、中国科技大学、北京大学、中南大学、中山大学等在该方向的研究主要聚焦在利用石墨烯泡沫为集流体装载氧化铁和钛酸锂等材料改进柔性锂离子电池的性能以及开发基于碳纳米管的柔性电极材料等。 /p p 　　(2)锂硫电池 /p p 　　锂硫电池具有巨大理论容量和能量密度优势，但在实际应用中还存在室温下的电导率极低、充放电过程中正极硫材料容易流失等技术瓶颈。清华大学张强教授研究团队在锂硫电池领域表现最为突出，提出具有自分散特性的石墨烯-碳纳米管杂化物、柱撑石墨烯等纳米碳材料担载活性材料，进而获得高面容量的高效正极。加拿大滑铁卢大学Nazar团队、斯坦福大学崔毅团队、德克萨斯大学奥斯丁分校Manthiram团队较为活跃。 /p p 　　(3)锂空气电池 /p p 　　锂空气电池的能量密度预计高达600 Wh/kg，但面临稳定性、效率、实用性和安全性等挑战。麻省理工学院Yang S. H.研究团队通过化学气相沉积过程为存储固体氧化锂提供了更多孔隙，因此提升了锂空气电池的能量密度 开发出Au-Pt合金纳米催化剂，将锂空气电池的充放电效率提升至77%。 /p p 　　2 太阳能电池 /p p 　　太阳能电池领域的研究前沿共涉及高被引论文516篇，研究内容主要围绕量子点敏化太阳能电池、有机太阳能电池、无机太阳能电池等。如表4所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，中国位列第二，与美国的差距较小。韩国、英国在高被引论文数量方面处于第二梯队，与美国和中国相比有明显差距。 /p p style=" text-align: center " img title=" 7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/a8f769a9-0448-476c-9c0d-dac38577feb4.jpg" / /p p 　　太阳能电池按照制作材料和发展历程可以分成三代：第一代太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅的硅基太阳能电池 第二代太阳能电池主要是非晶硅和多元化合物的薄膜太阳能电池，如GaAs、CdS、CdTe、铜铟镓硒等材料 第三代太阳能电池同时具有绿色环保、成本低廉、转化效率高等特点，主要包括有机聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。 /p p 　　(1)量子点敏化太阳能电池 /p p 　　量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点，近年来受到广泛关注。加拿大多伦多大学Sargent E. H.研究小组、美国国家可再生能源实验室Nozik A. J.研究小组以及华东理工大学钟新华教授团队在该方面较为突出。2012年，Sargent小组实现了迄今为止红外量子点电池的最高能量转化效率7%。2013年，华东理工大学钟新华课题组合成了基于CdSeTe的量子点，获得了高达6.36%的光电转换效率。2015年，该团队通过对TiO2/CdSeTe表面依次沉积ZnS和SiO2，获得8.21%的认证效率。 /p p 　　(2)有机太阳能电池 /p p 　　a.钙钛矿太阳能电池 /p p 　　2013年以来，以钙钛矿相有机金属卤化物(CH3NH3PbX3(X = Cl、Br、I))作为吸光材料的薄膜太阳电池(简称钙钛矿太阳电池，PSCs)因其兼具较高的光电转换效率和潜在极低的制备成本等优点引起学术界的高度关注?PSCs光电转化效率的快速提高使得PSCs被Science评为2013年十大科学突破之一? /p p 　　瑞士洛桑联邦理工学院Grä tzel M、牛津大学Snaith, H. J.、韩国成均馆大学Park N. G.等研究团队在钙钛矿太阳能电池领域取得了一系列重大成果，目前在PSCs研究领域处于领先地位。2011年韩国成均馆大学Park课题组优化了TiO2表面和钙钛矿的制作工艺，将PSCs效率提高到6.5%?2012年牛津大学Snaith课题组提出了“介孔超结构太阳电池”的概念，使PSCs效率首次达到10.9%?2013年，Grä tzel课题组和牛津大学Snaith课题组将PSCs效率提高到15%和15.4%?年仅30余岁的牛津大学青年科学家Snaith也因此被Nature评为2013年十大科学人物之一。和英国、瑞士、韩国等相比，中国在该研究方向的高被引论文相对较少。 /p p 　　b.染料敏化太阳能电池 /p p 　　20世纪60年代，德国科学家Tributseh等首次发现了染料吸附在半导体上在一定条件下能产生电流，成为染料敏化太阳能电池的重要基础。 /p p 　　瑞士洛桑联邦理工学院的Grä tzel M为染料敏化太阳能电池领域的发展做出了一系列重要贡献。2011年，Grä tzel等制备出光电效率为12.3%的电池 2014年，课题组再次刷新染料敏化太阳能电池效率，达13%。除此之外，Grä tzel研究团队在染料光敏化剂、电极等方面也取得了一系列重大成果。中国研究人员在该领域也有突出表现，代表性的研究团队包括中国海洋大学唐群委团队、中山大学匡代彬团队、中科院长春应化所王鹏团队、大连理工大学马廷丽团队等。唐群委研究团队在导电聚合物方面做了很多有意义的工作，采用基于高氯酸掺杂的聚苯胺纳米颗粒制成染料敏化太阳能电池用对电极，获得了大于7%的光电转化效率。匡代彬研究团队在特殊形貌TiO2在染料敏化太阳能电池中的应用以及光电极研究方向取得了一系列成果。2009年，王鹏课题组率先研制出转化效率达9.8%的染料敏化太阳能电池。 /p p 　　c.聚合物太阳能电池 /p p 　　与硅基太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有器件结构简单、重量轻、可低成本大规模制备等突出优点。根据受体情况，聚合物太阳能电池可以划分为基于富勒烯受体的聚合物太阳能电池、基于非富勒烯小分子受体的聚合物太阳能电池、全聚合物太阳能电池等。 /p p 　　基于富勒烯的聚合物太阳能电池的研究主要集中在以受体材料C60衍生物PCBM和给体材料导电聚合物聚己基噻吩(P3HT)混合作为光活性层而形成的体相异质结结构。英国帝国理工学院、美国能源部、加州大学系统、斯坦福大学、中科院化学所李永舫院士等在该研究方向表现活跃。 /p p 　　发展高性能的非富勒烯受体是有机太阳能电池领域的挑战性难题。中国和美国是非富勒烯聚合物电池研究方向的主要研究国家。北京大学占肖卫团队率先提出了稠环电子受体的概念，设计合成了一系列高性能有机稠环电子受体材料，取得了一系列重大突破。2015年，该课题组报道了效率高达6.8%的非富勒烯聚合物太阳能电池。2016年，该团队报道的电池效率达9.6%，刷新了世界最高效率。中科院化学所侯建辉团队也是该研究方向最为活跃的研究团队之一。2016年，该研究团队在小面积非富勒烯型聚合物太阳能电池器件(13 mm2)中取得了创纪录的11.2%的能量转换效率，使非富勒烯型聚合物太阳能电池效率达到了富勒烯受体的最好水平。 /p p 　　在全聚合物太阳能电池方面，中科院化学所李永舫团队表现活跃。2015年，该团队将全聚合物太阳能电池的能量转换效率提高到8.27%。 /p p 　　除上述外，2016年，南开大学陈永胜研究团队利用寡聚物材料的互补吸光策略构建了一种具有宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池器件，实现了12.7%的光电转化效率，创造了当时文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的最高纪录。 /p p 　　(3)无机太阳能电池 /p p 　　a.表面等离激元(surface plasmon)增强太阳能电池 /p p 　　加州理工学院Atwater H. A.研究团队是该研究方向的主要开拓者。2010年，Atwater H. A.等指出在保证活性层厚度不增加的情况下等离激元纳米结构存在三种有效提高活性层吸收的光捕获策略。基于上述光捕获策略，表面等离激元太阳能电池己取得了很大进展，短路电流密度、功率转换效率等参数均实现了大幅提升。 /p p 　　b.化合物薄膜太阳能电池 /p p 　　薄膜太阳能电池的种类较多，主要类型包括碲化镉、砷化镓、铜铟硒(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜锌锡硫(CZTS)等薄膜太阳能电池。2010年，德国太阳能和氢能研究中心研究的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池的光电转化率达到20.3%。2011年，美国国家可再生能源实验室研制的小面积GaAs薄膜太阳能电池实现了28.3%的光电转换效率。在该研究方向，美国的研究实力较为突出，知名研究机构包括加州大学系统、IBM公司、劳伦斯伯克利国家实验室等 中国科学院、香港中文大学、华东师范大学等国内机构也表现活跃。 /p p 　　3 纳米发电机 /p p 　　纳米发电机领域的研究前沿共涉及高被引论文有32篇，研究内容主要分布在摩擦纳米发电机和压电纳米发电机两个研究方向。如表5所示，该领域的高被引论文基本都来自美国，其中25篇来自美国佐治亚理工学院教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士。 /p p style=" text-align: center " img title=" 8.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/da922adb-5e3b-471c-802a-76af5fc89ff2.jpg" / /p p 　　发电机原理主要有电磁、压电、热电和静电四种类型。纳米发电机主要采用压电和静电(即摩擦)两条技术路线。在纳米发电机发展过程中，王中林院士做出了重要开创性贡献。2006年，王中林课题组首次报道了压电纳米发电机，利用压电极化电荷和所产生的随时间变化的电场来驱动电子在电路中的流动。2012年，王中林课题组首次报道了摩擦纳米发电机，利用两种不同材料接触所产生的表面静电荷所导致的随时间变化的电场来驱动电子的流动。迄今为止，摩擦纳米发电机已发展至四种工作模式(垂直接触-分离、水平滑动、单电极、独立层)，输出功率密度从每平方米3.67毫瓦飙升至300多瓦，可将日常环境中的各种机械能转化为电能，作为微纳电源为微小型设备供电，作为自驱动传感器用于健康监测、生物传感、人机交互等。最近，王中林课题组致力于将摩擦纳米发电机用于收集海洋能，并首次用于设备仪器(质谱仪)中。除了应用研究，王中林院士还论证了纳米发电机的理论源头来自于麦克斯韦的位移电流的第二项，并由此推导出压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的基本输运方程。 /p p 　　压电纳米发电机虽然发明较早，但过低的输出电流限制了其发展和应用。核心材料从最初的ZnO纳米线，正在朝BaTiO3、PZT等钙钛矿型材料、PVDF聚合物材料、MoS2等二维材料等方向发展，结构既有一维纳米线、纳米纤维，也有二维平面薄膜。 /p p 　　4 纳米药物 /p p 　　纳米药物领域的研究前沿共涉及高被引论文488篇，研究内容主要围绕纳米药物载体与药物递送、肿瘤治疗纳米药物、抗菌治疗纳米药物等。如表6所示，在高被引论文数量方面，美国最多，中国排名第二，美国和中国的表现明显优于其他国家。 /p p style=" text-align: center " img title=" 9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/5cd9bca1-d697-42f2-bf61-6025eaa0f05f.jpg" / /p p 　　近年来，纳米材料和纳米技术越来越多地进入到临床应用阶段。经临床实践证实，根据纳米材料对肿瘤细胞和肿瘤组织靶向性的特性设计出的纳米药物能明显改善肿瘤治疗。其中，肿瘤光热治疗技术作为一种新型的治疗策略，已经在肿瘤治疗方面引起了高度关注。早期的光热治疗主要通过高热量来直接破坏、消除肿瘤细胞。近年来很多研究者发现这些纳米材料产生的热除具有直接杀伤肿瘤细胞的作用外，还可通过抑制肿瘤转移、克服化疗耐药从而发挥抗肿瘤作用。目前研究较多的光热材料以金纳米材料为主，研究内容主要围绕金纳米棒、金纳米笼等金纳米材料的肿瘤光热治疗，及光声成像-光控释放-光热治疗化疗等纳米金多手段多功能的诊疗一体化研究。2008年，美国佐治亚理工学院El-Sayed MA团队利用金纳米棒对小鼠鳞状上皮细胞癌进行等离激元光热治疗，论文被引521次。2012年，国家纳米科学中心陈春英和吴晓春团队把介孔二氧化硅包被的金纳米棒用于肿瘤的成像、化疗和热疗，论文被引395次。其他知名机构包括美国德克萨斯大学安德森癌症中心、美国华盛顿大学以及我国东华大学、苏州大学、哈尔滨工程大学和南京大学等。 /p p 　　纳米药物载体与药物递送方向近年发展迅速。主要用于药物载体的纳米材料包括纳米脂质体、聚合物胶束、纳米囊和纳米球、纳米磁性颗粒、介孔二氧化硅纳米粒等。氧化石墨烯具有良好的生物相容性、易于表面功能化，其巨大的比表面使它具有超高载药率。2008年美国斯坦福大学戴宏杰教授团队率先报道了利用氧化石墨烯作为难溶性含芳香结构抗癌药物的载体，其具有良好的水溶性，可用于难溶性药物的增溶，并可有效杀伤肿瘤细胞。两篇相关论文分别被引用达1789和1533次。其中介孔二氧化硅因多孔性、比表面积大、便于修饰性、毒性低等特点，得到广泛应用，具有极大的发展前景。相关核心论文主要围绕介孔二氧化硅的合成、特性及癌症治疗等生物医药应用。主要研究团队包括美国加州大学洛杉矶分校Zink Jeffrey I.和Nel Andre E.团队、美国西北大学Stoddart J. Fraser团队、中科院理化所唐芳琼团队、芬兰埃博学术大学Sahlgren Cecilia团队、美国新泽西州立大学Minko Tamara团队、美国爱荷华州立大学Vivero-Escoto Juan L.团队、福州大学杨黄浩团队、新加坡南洋理工大学Zhang Quan和Zhao Yanli团队等。其中Nel Andre E.团队关于siRNA修饰的负载抗癌药物的介孔二氧化硅纳米输运体系以克服肿瘤多重耐药性的研究被引用455次。 /p p 　　脂质体近年来也是给药系统研究领域中的研究热点，已经在许多方面显示出其潜在的应用价值，知名研究机构包括美国哈佛大学、美国德州大学奥斯丁分校、澳大利亚哥廷理工大学以及我国南京大学等。 /p p 　　5 纳米检测 /p p 　　纳米生物和医学检测领域的研究前沿共涉及高被引论文325篇，研究内容主要围绕量子点、贵金属纳米簇、上转换材料等纳米探针技术以及纳米生物传感器。如表7所示，在高被引论文数量方面，美国最多，中国排名第二，美国和中国的表现明显优于其他国家。 /p p style=" text-align: center " img title=" 10.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/0365a241-efc8-4e9c-9983-b06cc28a10a3.jpg" / /p p 　　纳米生物和医学检测技术的热点主要集中在用于分子影像诊断的纳米探针技术。纳米探针具有影像信号强度大、靶向效果好、代谢动力学可控等显著的优点。近年来，基于贵金属纳米材料(金、银等纳米颗粒)、量子点、上转换荧光纳米颗粒的荧光纳米探针迅速发展，成为纳米生物医学检测领域的前沿热点。 /p p 　　在贵金属纳米簇纳米探针研究方向上，高被引论文主要研究以核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针，以增加其稳定性，并将其用于核苷酸、汞离子及蛋白等的生物检测。美国佐治亚理工学院Dickson Robert M.团队、美国阿拉莫斯国家实验室Martinez Jennifer S.团队和中国科学院长春应用化学所汪尔康院士团队在该研究方向较为突出。 /p p 　　在量子点纳米探针研究方向上，美国海军实验室生物分子科学工程中心Mattoussi Hedi、Medintz Igor L.团队的高被引论文主要研究量子点共振能量转移，斯坦福大学戴宏杰团队和中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌团队的高被引论文主要研究Ag2S量子点应用于近红外影像，福州大学池毓务团队的高被引论文主要研究功能化碳量子点，南开大学严秀平团队的高被引论文主要研究ZnS量子点。 /p p 　　在纳米生物传感器研究方向上，斯坦福大学鲍哲南团队、加州大学伯克利分校Javey Ali团队、首尔大学Pang Changhyun团队、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽团队等主要研究用于电子皮肤压力传感的生物传感器，美国西北太平洋国家实验室林跃河团队、康涅狄格大学Rusling James F团队、中国西南大学袁若团队、清华大学李景虹团队、南京大学朱俊杰团队等主要研究免疫生物传感器。 /p p 　　6 仿生纳米孔 /p p 　　仿生纳米孔道领域的研究前沿共涉及高被引论文45篇，研究内容主要集中在利用纳米孔进行生物大分子分析识别的基础研究和应用研究。如表8所示，美国在该领域具有非常显著的研究优势，高被引论文有23篇，超过了总数的一半 英国和德国分别有8篇和4篇高被引论文，分列2、3位 中国只有1篇高被引论文。 /p p style=" text-align: center " img title=" 11.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/2243f232-b65a-43fb-ac1d-5ccbb557c644.jpg" / /p p 　　上世纪90年代，科学家提出了将单链DNA拉过蛋白孔，检测碱基穿过时电导的微小改变，进而实现纳米孔DNA测序的设想。进入21世纪后，越来越多的科研人员致力于该领域研究，让纳米孔测序成为现实，研究成果也逐步向商业实用方向迈进。开发的纳米孔类型主要包括生物纳米孔和固态纳米孔等，测序主要包括核酸测序(主要是DNA测序)和蛋白质分析等。 /p p 　　生物纳米孔利用天然生物学通道，如α-溶血素结构和耻垢分支杆菌孔蛋白A(MspA)等。牛津纳米孔技术(Oxford Nanpore)公司Bayley Hagan团队开发了可商业化的α-溶血素生物纳米孔。2009年，该公司发表论文《单分子纳米孔DNA连续碱基测序》，实现了碱基连续测定，准确度平均为99.8%。该文被引用677次，是本领域被引频次最高的论文。此后，牛津纳米孔技术公司推出了商业化的纳米孔测序仪——MinION和GridION。基于纳米孔的单分子DNA读取技术不再需要光学检测和同步的试剂洗脱过程，也被称为第四代测序技术，相比更早的测序技术有着更快的数据读取速度和更大的应用潜能。 /p p 　　2010年，美国华盛顿大学的Jens Gundlach首次证明，耻垢分支杆菌孔蛋白A可用于DNA测序，并与阿拉巴马大学微生物学家Michael Niederweis合作证明MspA孔隙结合“棘轮系统”便可读取短DNA序列。2012年，该团队又一次利用MspA和噬菌体Phi29聚合酶相结合，实现单核苷酸的分辨率和DNA易位控制，该成果推动了长期以来生物纳米孔遇到的两个主要障碍的解决。同年，美国加州大学圣克鲁兹分校Mark Akeson团队也利用MspA和Phi29聚合酶相结合，使DNA正向和反向棘轮以每秒2.5-40个核苷酸的速度通过纳米孔实现实时单核苷酸分辨率的检测。 /p p 　　生物纳米孔在稳定性、持久性等方面存在不足，难以满足持续的大规模测序的需求。随着微加工技术的不断进步，固态纳米孔应运而生。人工制备的固态纳米孔具有孔径稳定、物化性能良好、具有低成本、高读长、易集成等的优点，被认为是下一代纳米孔技术。固态纳米孔的材料主要是石墨烯、氮化硅、硅、金属氧化物等。 /p p 　　石墨烯在检测DNA上具有出色的潜力。哈佛大学Jene Golovchenko团队和美国麻省理工学院的研究人员2010年在nature上发表论文证实石墨烯可以制成人工膜材料进行DNA测序，指引了石墨烯纳米孔DNA检测的方向。哈佛大学Jene Golovchenko团队制备了与DNA分子的直径紧密匹配的石墨烯纳米孔，发现其对DNA具有非常好的灵敏度和分辨率。荷兰代尔夫特技术大学科维理纳米科学研究所的Dekker, C团队将石墨烯薄片放置在氮化硅膜的微孔上并使用电子束在石墨烯中钻出纳米尺寸的孔来获得纳米孔。在其他仿生纳米孔材料方面，德国慕尼黑工业大学、美国哥伦比亚大学的研究人员利用氮化硅修饰纳米孔，阿根廷拉普拉塔国立大学的研究人员利用聚(4-乙烯基吡啶)大分子构建块修饰固态纳米孔，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员将亚纳米厚度的单层或几层厚的剥离的二硫化钼(MoS2)固定在氮化硅纳米孔上，均可以改善DNA的分析。 /p p 　　同时，纳米孔的检测物范围也不断扩大，从DNA发展到RNA、蛋白质、金纳米颗粒和有毒分子等的分析。如牛津大学Bayley Hagan团队、美国加州大学圣克鲁兹分校Mark Akeson团队和荷兰代尔夫特技术大学科维理纳米科学研究所的Dekker, C团队等利用生物纳米孔开展蛋白检测，研究的重点是蛋白质解折叠和易位问题。此外，美国宾夕法尼亚大学Drndic, M 和Wanunu, M团队利用薄的纳米孔快速检测小RNA分子。英国东英吉利大学利用牛津纳米孔技术公司开发的MinION纳米孔平台测序鉴定细菌抗生素抗性岛的位置和结构。 /p p 　　7 纳米安全性 /p p 　　纳米安全性领域的研究前沿共涉及高被引论文157篇，研究内容主要围绕纳米物质和生物体及环境的相互作用，着重研究纳米物质的物理化学特性等与生物学毒性效应之间的关系。如表9所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，有59篇，明显高于其他国家 中国在该领域的高被引论文数量排在第2位，有25篇。 /p p style=" text-align: center " img title=" 12.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/a27bcb55-e522-465c-9c53-1b9e048af90f.jpg" / /p p 　　碳纳米管、介孔二氧化硅、石墨烯等纳米材料在医学检测、纳米药物递送、纳米治疗等方面开辟了新的应用途径。同时，关于其生物安全性、毒性的研究也逐渐引起关注。该领域研究前沿的高被引论文的主要分为两个研究方向：纳米材料对人体健康的风险研究和纳米材料的环境风险研究。健康风险研究主要围绕肺毒性、皮肤毒性、细胞毒性、生物相容性等，关注的主要纳米物质包括碳纳米管、纳米锌、纳米银、石墨烯、介孔纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米金等。环境风险研究主要围绕环境释放、环境归趋、生态毒理学、生物降解、植物吸收等。 /p p 　　纳米银的毒性作用研究包括纳米银颗粒的细胞毒性、遗传毒性、发育毒性、炎症反应及毒性作用机制，纳米银在生物体内的分布动力学，纳米银对癌细胞系增殖和凋亡的影响等。新加坡国立大学Valiyaveettil S教授团队2009年发表的论文《银纳米粒子对人体细胞的细胞毒性和遗传毒性》被引用1153次。此外，韩国环境及商品检测研究所、美国空军研究实验室、荷兰国家公共卫生和环境研究院等研究机构也有高被引论文贡献。 /p p 　　碳纳米管的安全性研究包括单壁/多壁碳纳米管的生物相容性、体内分布循环、细胞内吞、慢性毒性、间皮损伤和致癌性、毒性的影响因素(如长度、尺寸依赖性)等。2008年，苏格兰爱丁堡大学Donaldson K团队研究发现石棉状长碳纳米管可能导致小鼠产生一种以往由石棉引起的恶性间皮瘤，该论文被引用1329次。此外，美国斯坦福大学、麻省理工大学和美国国家职业安全卫生研究所、德国巴斯夫公司和拜耳公司、我国北京大学等也有高被引论文贡献。 /p p 　　介孔二氧化硅材料的生物安全性研究包括介孔二氧化硅纳米材料的生物相容性、生物分布、细胞毒性和溶血活性的影响因素(如尺寸、形状、表面效应)等，中科院理化所唐芳琼团队表现较为突出。 /p p 　　纳米金颗粒的体内分布研究主要集中在金纳米颗粒在生物体内的分布、累积及粒径和表面电荷等影响因素研究，主要研究机构包括德国环境健康研究中心等。 /p p 　　纳米材料释放进入环境的估算与环境影响评价研究包括纳米材料在环境多介质中的分布、在环境中的排放、归趋建模等，主要研究机构包括瑞士联邦材料科学与技术实验室等。 /p p 　　氧化石墨烯的毒性作用及安全性评价研究集中在氧化石墨烯的毒性作用与生物安全性研究方面，来自中国和美国的研究机构比较活跃。 /p p 　　8 纳米催化 /p p 　　纳米催化领域的研究前沿共涉及高被引论文303篇，研究内容围绕纳米催化剂的制备和应用展开。如表10所示，我国在该领域的高被引论文数量排名第一，所占份额超过1/3，反映出我国近年来在纳米催化领域具有较强的研究优势。美国的高被引论文数量排名第二，所占比例接近1/4。其余国家高被引论文数量相对较少。 /p p style=" text-align: center " img title=" 13.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/f3cdaa70-dee7-4b77-841d-bb6d01fe75d1.jpg" / /p p 　　纳米催化剂通常由活性组分和载体两部分组成。常见的活性组分包括金属(及其化合物)、半导体、碳基材料(石墨烯、碳纳米管、石墨相C3N4等)等。尺寸、形貌、结构、组成等是影响活性组分催化活性的重要因素。出于成本考虑，活性组分的总体研究趋势是在保证活性的前提下，尽量减少贵金属的使用，用储量丰富、价格低廉的普通金属或者非金属材料替代贵金属。常用的载体包括氧化物(SiO2、TiO2、Fe3O4等)、碳基材料(石墨烯、碳纳米管、石墨相C3N4等)、多孔材料(沸石、介孔材料、金属有机框架化合物等)等。载体不仅为活性组分高度分散提供了表面，而且还可以参与催化过程，例如促进光生电荷分离等。对于多孔载体，孔道的限域可以起到择形催化作用。由于易于分离回收，磁性可回收载体近年发展迅速。 /p p 　　纳米催化的特点介于均相催化和非均相催化之间。中科院大连化物所张涛院士团队首次发现单原子催化剂具有与均相催化剂相当的活性，从实验上证明单原子可能成为沟通均相催化与多相催化的桥梁。 /p p 　　纳米催化的反应类型大致分为传统催化、电催化和光催化三类。在传统催化中，C1化学占据重要位置，包括费托合成、甲烷转化、CO氧化、CO2还原、甲醇氧化等。近年来，我国C1化学取得一系列重大突破。中科院大连化物所包信和院士团队构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功地实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。包信和院士团队还利用自主研发的新型复合催化剂，创造性地将煤气化产生的合成气高选择性地直接转化为低碳烯烃，乙烯、丙烯和丁烯的选择性大于80%，突破了费托合成低碳烯烃选择性最高58%的极限。中国科学院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队自主研发了暴露面为{101}和{020}晶面的Co2C纳米平行六面体结构催化剂，实现了温和条件下(250 oC、1~5个大气压)合成气高选择性直接制备烯烃，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性高达80%以上，烯/烷比可高达30以上。 /p p 　　在电催化中，燃料电池和金属-空气电池的阴极氧还原反应是研究重点之一。铂是重要的氧还原反应电催化剂。受铂成本高等缺点影响，催化剂一方面朝着减少铂的用量方向发展，采用二元或三元合金的形式，例如Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Fe-Cu等。另一方面朝着非铂催化剂方向发展，例如钯及其合金，以及氮掺杂的碳材料(石墨烯、碳纳米管)等。电解水是另一类重要的电催化反应，新型析氢催化剂包括硫化钼化合物(MoS2、MoS3等)、氮掺杂的碳纳米管封装的金属催化剂等，新型析氧催化剂包括氮掺杂的石墨烯等。美国斯坦福大学戴宏杰团队制备的Co3O4/氮掺杂石墨烯电催化剂同时具有很高的氧还原和析氧活性，文章被引次数超过1900次。二氧化碳的转化也是研究热点，中国科学技术大学谢毅院士团队采用新型钴基电催化剂，将二氧化碳高效清洁转化为液体燃料，得到国际同行高度评价。 /p p 　　在光催化中，水和空气中污染物的降解是研究重点之一，常用的催化剂包括TiO2等半导体、BiOX(X = Cl, Br, I)、Ag/AgX(X = Cl, Br, I)、石墨相C3N4等。二氧化碳还原制甲烷、甲醇等碳氢燃料正处于研究热点，在减少温室气体的同时还可提供替代能源，常用催化剂包括TiO2等半导体、Ag/AgX(X = Cl, Br, I)、金属有机框架化合物、石墨烯、石墨相C3N4等。光解水一直是光催化研究的重要课题，国家纳米科学中心宫建茹研究员和武汉理工大学余家国教授合作制备的石墨烯负载CdS光解水制氢催化剂很受高度关注，文章被引次数超过1000次。 /p p 　　9 测量表征 /p p 　　纳米测量表征技术主要是指纳米尺度和精度的测量技术。近十几年来，随着测量技术的飞速发展，至今已经出现了多种可以实现纳米测量的技术和仪器。近期纳米级测量技术主要有两个发展方向，即光干涉测量技术和扫描显微测量技术。 /p p 　　纳米测量表征领域的研究前沿共涉及高被引论文153篇，研究内容包括光谱测量研究、电子显微测量研究以及利用多种表征手段研究纳米材料的表面/界面等。如表11所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，德国和英国分列第2、3位，中国在高被引论述数量方面与美国相比有明显差距。 /p p style=" text-align: center " img title=" 14.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/56982b05-3f35-4980-9181-8f1f4a45162e.jpg" / /p p 　　(1)光谱测量研究 /p p 　　a.超分辨成像 /p p 　　近年来随着超分辨荧光显微术的兴起，研究人员研制了多种突破衍射极限的超分辨光学显微镜，分辨率可达约20 nm左右，某些情况下甚至可小于2 nm。这些超分辨显微镜主要分为两类：一类以Stefan W. Hell发明的受激辐射耗尽(STED)显微镜为代表，通过调制光照明方式来实现超分辨 另一类是基于单分子定位的超分辨显微镜，通过对具有光开关功能的荧光基团进行单分子成像和定位而实现，光活化定位显微术(PALM)技术、随机光学重构显微术(STORM)技术、荧光活化定位显微术(fPALM)技术均是这一技术方向的研究热点。2014年诺贝尔化学奖授予发展超分辨率荧光显微成像技术的3位科学家，分别是美国霍华德· 休斯医学研究所教授Eric Betzig(PALM技术)、德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授Stefan W. Hell(STED技术)和美国斯坦福大学教授William E. Moerner。 /p p 　　b.纳米尺度磁共振研究 /p p 　　当前通用的磁共振谱仪受制于探测方式，其成像分辨率仅为毫米级。纳米尺度弱磁探测技术将磁共振技术的研究对象推进到单分子，成像分辨率提升至纳米级。 /p p 　　2008年，德国斯图加特大学Wrachtrup团队和美国哈佛大学Lukin团队首次报道了利用金刚石中的氮-空位色心(NV)进行纳米尺度弱磁探测的工作，开创了纳米测磁研究方向。此外，哈佛大学Yacoby研究团队、Walsworth研究团队，中国科技大学杜江峰研究团队均是该方向中最为活跃的研究团队。2008年以来，杜江峰研究团队陆续取得了微波场的百纳米级分辨率矢量重构、绘制世界首张单个生物分子的磁共振谱等重大研究突破。 /p p 　　c.表面等离激元共振(SPR) /p p 　　光(或电磁波)与金属纳米粒子相互作用能够在纳米尺度范围聚焦很强的电磁能量，突破传统光学中的衍射极限，即表面等离激元共振(SPR)现象。该方向的研究主要集中在氧化钨、硫化铜、硒化铜、金纳米颗粒、多种胶体纳米颗粒的表面等离激元共振和局域表面等离激元共振性质研究以及基于表面等离激元光镊系统对金属纳米颗粒和生物分子的稳定捕获和动态操控能力研究等。 /p p 　　d.表面增强拉曼光谱(SERS) /p p 　　当分子接近或吸附在贵金属纳米材料表面时，其拉曼信号能被放大多个数量级，因此近年来表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种快速、灵敏的检测技术已获得广泛认可。该方向的研究主要聚焦在基于纳米材料(主要是金纳米粒子)的拉曼基底的研发以及SERS在生物检测领域的应用。美国杜克大学和西班牙维戈大学在该方向研究较为活跃。 /p p 　　(2)电子显微测量研究 /p p 　　原位透射电子显微镜(in situ TEM)技术实现了对物质在外部激励下的微结构响应行为的动态、原位实时观测。该方向的研究聚焦在利用原位透射电子显微镜技术对纳米电极材料的锂化和退锂化过程进行原位表征。美国能源部桑迪亚国家实验室黄建宇(已经全职加入燕山大学)研究团队在该研究方向非常活跃。黄建宇等人首次实现了在透射电子显微镜下搭建锂离子电池体系，研究纳米线在锂化过程中的形貌变化和作为锂离子电池电极的锂化机理。此外，桑迪亚国家实验室Liu Xiao Hua团队、佐治亚理工朱廷研究团队等也是该领域中的重要研究队伍。 /p p style=" text-align: center " strong 三 总结 /strong /p p 　　本报告通过纳米领域各国发展规划调研和文献计量分析，结合领域情报人员的研究，得出以下发现。 /p p 　　1.通过对比分析美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚以及我国的纳米技术研发计划，发现各国规划具有以下共同之处：(1)对纳米技术的信心普遍增强，投资力度普遍加大，核心科研人员数量和相关企业数均大幅增加 (2)将纳米技术列入促进国家经济发展和解决关键问题的关键技术领域，在能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化，纳米技术的研究走向了新的阶段 (4)通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合，缩短从“提案”到“产业化”的时间 (5)开展EHS(环境、健康、安全)和ELSI(伦理、限制、社会课题)研究以及国际标准和规范(ISO、IEC)的制定，促进纳米技术相关产业被社会接受 (6)重视纳米技术的基础教育和高等教育。 /p p 　　2.基于科睿唯安公司Essential Science Indicators(ESI)数据库中的11814个研究前沿，通过文献检索、专家遴选等方法筛选出和纳米研究相关的研究前沿1391个，涉及高被引论文6639篇(2008-2015年)。在高被引论文数量方面，美国和中国分居前两位，遥遥领先于其他国家。综合考虑论文的被引用情况和发表时间，从1391个纳米研究前沿中遴选出41个热点前沿和37个新兴前沿。 /p p 　　3.选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域进行分析解读(每个研究领域包括若干研究前沿)。在高被引论文数量方面，美国在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”和“测量标准”7个研究领域中排名第一，在“锂电池”和“纳米催化”中排名第二。我国在“锂电池”和“纳米催化”2个研究领域中排名第一，在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米安全性”5个研究领域中排名第二，在“测量标准”中排名第四，在“纳米仿生孔”中未进入前五。 /p p 　　4.我国在纳米科技领域已形成一批达到世界领跑水平的优势研究方向和优秀团队。例如，(1)太阳能电池：中科院化学所侯建辉研究员团队2016年在小面积非富勒烯型聚合物太阳能电池器件中取得了创纪录的11.2%的能量转换效率，使非富勒烯型聚合物太阳能电池效率达到了富勒烯受体的最好水平 南开大学陈永胜教授团队2016年创造了文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的最高纪录12.7% 华东理工大学钟新华教授团队2016年创造了量子点太阳能电池11.6%的效率纪录 此外北京大学占肖卫教授团队、中科院化学所李永舫院士团队等也非常突出 (2)C1化学：中科院大连化物所包信和院士团队成功实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品 包信和院士团队还将煤气化产生的合成气高选择性地直接转化为低碳烯烃 中科院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队实现了温和条件下合成气高选择性直接制备烯烃。 /p p style=" text-align: center " img title=" 16.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/7ccf6bd2-a199-48d2-b5e2-0463b0cc3250.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 17.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/7e7cbd3e-2fd7-4133-807c-24fc724a168f.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 18.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/7f112894-a87a-42bc-a301-4167dc4ed390.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 19.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/525cea15-325d-4835-a31b-7645b644efe4.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 20.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/50f984fa-490e-4a0c-85f7-56228a3595a5.jpg" / /p p style=" text-align: center " br/ /p

本文要点：骨肉瘤是一种致命的骨肿瘤，多发于儿童和青少年，具有局部破坏性和高转移性。迫切需要针对骨肉瘤具有高治疗效果和精确诊断的独特纳米平台。多模态光学成像和程序化治疗，包括协同光热-化学动力学治疗 (PTT-CDT) 引发免疫遗传性细胞死亡 (ICD) 是一种有前途的策略，它具有高生物成像灵敏度，可准确描绘骨肉瘤，治疗效果显著，副作用可忽略不计。动物活体成像系统方案1. 骨肉瘤靶向mCu&Ce@ICG/RGD的构建过程示意图，用于NIR-II荧光/MR生物成像和PTT-CDT-ICD协同肿瘤抑制本文开发了一种简便的一步法合成具有介孔纳米结构的多功能 Cu&Ce 氧化物纳米球 (mCu&Ce)。据报道，在 ICG 封装和 RGD 肽表面接枝(mCu&Ce@ICG/RGD) 后，该纳米平台可准确识别骨肉瘤并在肿瘤微环境 (pH = 6.5) 下触发 ICG、Cu 和 Ce 离子的剧烈释放（方案1）。进入骨肉瘤肿瘤细胞后，mCu&Ce@ICG/RGD 可在近红外激光照射下有效产生高温并进而促进&bull OH 的生成。PTT/CDT 协同肿瘤消融将在体外和体内实现。同时，热量和扩增的 ROS 都通过激发 ICD 来激活有效的 T 细胞生成，从而产生全身抗骨肉瘤免疫反应，从而显著介导有效的肿瘤免疫治疗。此外，基于Cu&Ce 的纳米平台可以通过 NIR-II 荧光和磁共振双模生物成像对骨肉瘤进行精确的早期诊断。总之，本研究设计了一种具有双模生物成像特性的简便的 Cu&Ce 纳米平台。它可以特异性地识别骨肉瘤，并通过 PTT 增强的 CDT 实现癌细胞抑制，从而进一步显著诱导 ICD 增强。图1. mCu&Ce@ICG/RGD 的表征mCu&Ce@ICG/RGD纳米平台的制备具体流程如图1所示。首先以氯化铜（CuCl 2）和氯化铈（CeCl 3）为前驱体（重量比=7:3）在水相体系中首次制备出亲水性的mCu&Ce纳米粒子，在90°C下搅拌均匀后，加入乌洛托品不同时间后可得到一系列表面粗糙的合金化Cu&Ce纳米球。进一步临床荧光团ICG负载到中孔纳米结构中（mCe&Cu@ICG），负载效率约为12.5 &thinsp %（w/w）。接下来，为了延长血液循环时间并进行随后的靶向修饰，将亲水性PEG 2000 -NH 2包裹在mCe&Cu@ICG的界面上。最后，通过脱水缩合反应将活性骨肉瘤识别配体RGD交联在ICG负载的双金属纳米粒子的外层（mCe&Cu@ICG/RGD）。令人兴奋的是，表面接枝RGD后ζ电位明显降低，这可归因于-NH2基团的消耗。在mCe&Cu@ICG/RGD中发现不明显的形态转变和尺寸变化（图 1L）。同时，与ICG类似，ICG封装纳米平台的发射光谱理想地延伸到NIR-II，并且上述两个样品的非峰值NIR-II发光图像非常强，证明了mCe&Cu@ICG/RGD的成功设计（图 1 P）图2. pH 敏感生物降解、ROS 生成和高温测定由于mCe&Cu@ICG/RGD是为了激活ICG的释放而设计的，因此在细胞外弱酸诱发下，mCe&Cu基框架生物降解发生了类Fenton反应。在pH=6.5条件处理下的生物降解效率在所有时间点都明显高于pH=7.4组，6h时框架初步崩溃，纳米颗粒释放，36h时所有纳米球消失，出现大量Cu&Ce基颗粒。这些纳米颗粒能够传导肿瘤组织浸润。在肿瘤组织中细胞外弱酸性pH值浸泡36小时后，mCe&Cu@ICG/RGD的平均直径从&sim 68nm急剧下降到&thinsp &sim 5nm ，&thinsp 进一步表明结构整体崩解。同时，在不同的孵育期内还测定了pH=6.5生理缓冲液上清液中ICG的释放曲线。我们观察到ICG染料以时间依赖性方式逐渐释放（图2C）。同时，如pH=6.5条件下释放的游离ICG的NIR-II发光图像所示，荧光信号在36小时内显著增强，明显强于pH=7.4组（图 2D）。同时，在肿瘤微环境刺激缓冲液孵育不同时间后，Cu和Ce离子的释放趋势相似，孵育36h后约有90%的Cu/Ce离子被释放。同时，在弱酸性环境下处理36h后，以商业&bull OH指示剂3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）评价Cu&Ce离子的类Fenton催化效果。在&bull OH催化下，产物氧化物TMB具有三个特征峰，显然，与mCe&Cu@ICG/RGD + L基团相比，mCu@ICG/RGD仅表现出边际ROS生成率，正如预期的那样，mCe&Cu@ICG/RGD + H2O2&thinsp + L 的&bull OH 增加量增加了 2 倍。纳米平台在高 H2O2条件下加上 808 nm 光照射时增强的化学动力学能力（图 2E）。随后，由于 ICG 对 808 nm 激光的强吸收赋予 mCe&Cu@ICG/RGD 强大的光热转换性能。如图 2F、G 所示，纳米平台的温度呈现出明显的时间相关上升趋势，在连续 300 秒的 808 nm 激光照射下温度上升到最高水平（79.1 °C），证明了快速的近红外光响应。与此形成鲜明对比的是，在相同处理下，PBS 溶液中的温度略有上升，在激光照射终点仅为 36.3 °C。此外，为了进一步检测激光-热转换效率（η），最近从冷却-加热循环计算了分散在水溶液中的mCe&Cu@ICG/RGD的热量差异（图 2H），具体的η值大约为&sim 55.92 &thinsp %（图2I）同时，在四次808nm激光开关循环后也监测到出色的光热稳定性（图 2J）。总体而言，所有结果证实了负载ICG的肿瘤响应性程序化介孔Cu&Ce纳米载体可进一步应用于通过PTT-CDT抑制恶性肿瘤。图3. PTT -CDT体外细胞杀伤及 ICD 指标的表达如图 3A所示，用RGD修饰的纳米平台处理的ICG的红光明显强于mCe&Cu@ICG和游离ICG。如图 3B 所示 ，与 mCu&Ce@ICG/RGD 组相比，mCu@ICG/RGD 组呈现出暗绿色荧光，这可以归因于前者的生物降解率低。在 pH = 6.5 的缓冲液中孵育 36 小时后，发现从 mCu 纳米叶中释放出的 Cu 离子相对较少，且含有大量 Cu 基碎片。值得注意的是，与本体溶液中的 ROS 生成趋势一致，当使用 808 nm 光照射并伴随 H2O2预处理时，该趋势会显著加强（图3G）。研究结果表明，更高的热量产生可以显著增强类 Fenton 反应，因为 ROS 增强的结果凸显了我们研究的重要性。如图 3D所示，与其他制剂相比，用 mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L处理的 143b 和 b 细胞&thinsp 介导了最高水平的 CRT，这与细胞内 ROS 扩增结果一致。此外，该组中还显示出 HMGB1 信号减弱，CRT 水平的这种相反趋势进一步证明了我们的纳米平台增强的 ICD 效应（图 3D）。随后，为了进一步说明 ICD 相关蛋白的表达，通过蛋白质印迹分析研究了各种处理后 143b 中的 CRT 和 HMGB1 水平。显然，当用 mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2 + L 处理 143b 细胞时，CRT 在细胞膜上显著上调，而 HMGB1 在细胞质中显著下调&thinsp （图 3E 、F）。与mCu&Ce@ICG/RGD 组相比，mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L中上述表达的蛋白质水平分别大约高出 2 倍和降低 5 倍&thinsp （图 3I、J），揭示了该处理强大的 ICD激发能力。最后，分别用CLSM和流式细胞仪获得活死染色图像和细胞凋亡-坏死研究。与细胞内ROS生成和HMGB1的结果类似，143b细胞在mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L中经历最有效的细胞死亡&thinsp （图 3K -N）。正如预期的那样，当mCu&Ce@ICG/RGD的浓度增加到300µ g / mL时，H2O2预孵育加激光照射组中143b细胞的细胞活力仅为纯纳米平台处理组的一半。这种最高的肿瘤细胞杀伤力主要由PTT同时扩增的ROS和ICD介导。图4. 通过荧光成像、MRI 和光热评估进行体内肿瘤靶向性评估之后，研究mCu&Ce@ICG/RGD在骨肉瘤荷瘤裸鼠模型中的生物分布和肿瘤富集行为。首先，为了获得准确的肿瘤轮廓辨别，将mCu@ICG/RGD和mCu&Ce@ICG/RGD分别静脉注射到荷瘤小鼠皮下，随后在特定时间拍摄NIR-II荧光生物图像，通过小动物NIR-II荧光成像生物系统监测该纳米平台在体内的肿瘤靶向性和生物分布。显然，在注射mCu&Ce@ICG/RGD后2 h，肿瘤轮廓逐渐清晰，荧光信号（超过1000 nm）最初集中在肿瘤部位，24 h时达最强，肿瘤轮廓与周围外周肌肉组织明显区分开来；随后，它随着时间的推移而缓慢衰减，残留纳米平台保持在48小时（图 4 A）。而mCu@ICG/RGD的荧光信号主要分散在肝脏中，并且在所有时间间隔内都明显高于mCu&Ce@ICG/RGD组。基于在肝脏中的这种高积累，后一组的肿瘤组织几乎无法区分（图 4 A）。同时，收获肿瘤和主要器官进行离体NIR-II荧光生物成像。值得注意的是，即使可以看到上述两组肿瘤中的比较光信号强度，mCu&Ce@ICG/RGD处理的肝脏的强度明显低于mCu@ICG/RGD（图 4 B）。此处，前者相对快速的生物降解行为有利于肝脏清除。因此，肿瘤与周围正常组织的比例通过半定量平均NIR-II信号强度来计算。mCu&Ce@ICG/RGD 在注射后 24 小时的数值比 mCu@ICG/RGD 高 6 倍（图 4D）。此外，本文还通过MRI 验证了Cu 基纳米平台对肿瘤的特异性识别，以临床Gd-DTPA 为对照。根据不同时间间隔的连续 T1WI MRI 生物图像，足底注射 mCu&Ce@ICG/RGD 的淋巴转移性骨肉瘤的 MRI 信号在注射后 24 小时急剧增加至峰值水平，从此时间点开始逐渐衰减至基础强度（图 4C）。然而，由于 Gd-DTPA 的快速排泄，可以在注射后 2 小时发现最高的肿瘤积累。我们的纳米平台在 24 小时的肿瘤与组织比明显高于 Gd-DTPA（图 4E），进一步证明了mCu&Ce@ICG/RGD有效的肿瘤靶向能力，此时最合适进行激光照射进行PTT。最后，研究了皮下骨肉瘤小鼠尾静脉注射PBS、mCu&Ce@ICG和mCu&Ce@ICG/RGD后在体内的光热转换效果。具体而言，纳米制剂处理的肿瘤部位温度急剧变化，升高到峰值（分别为48.9和52.8°C），并且最大光热维持率（图 4F，G）。毫无疑问，这种现象主要归因于RGD修饰的主动靶向能力。对于PBS处理的小鼠，即使经过300秒的照射，温度也仅略有升高（39.8°C）（图 4F，G）。因此，上述体内生物成像结果凸显了多模对比纳米剂在肿瘤诊断方面的潜力和令人满意的肿瘤抑制热疗性能。图5. 体内 PTT CDT 和 ICD 评估基于上述基于Cu&Ce的纳米平台在体外具有良好的细胞杀伤力和出色的肿瘤蓄积效果，我们建立了143b肿瘤异种移植小鼠模型，以进一步研究mCu&Ce@ICG/RGD在体内的PTT/CDT/ICD协同治疗效果。为了验证我们的程序化治疗假设，给皮下患有骨肉瘤的小鼠施用六种不同的配方（PBS、L、mCu@ICG/RGD、mCu&Ce@ICG/RGD、mCu@ICG/RGD +L和mCu&Ce@ICG/RGD + L）。如图 5A -D所示，接受PBS或激光治疗的小鼠的肿瘤组织在整个治疗过程中迅速生长，证实单独使用808nm激光（ 5分钟，1.5W/cm2 ）对肿瘤生长几乎没有抑制作用。不出所料，与具有部分消融效果的 mCu@ICG/RGD 相比，由于生物降解速度更快，用mCu&Ce@ICG/RGD 处理的肿瘤生长抑制率相对较高，相比之下，纳米粒子加激光照射组的肿瘤体积和肿瘤重量均得到明显控制。有趣的是，与其他组相比，mCu&Ce@ICG/RGD + L 给药的肿瘤基本被抑制，肿瘤抑制率明显较低。显然，这种彻底的根除效率可能归因于协同 PTT 增强的 ROS 扩增。结果显示，激光照射后给予mCu&Ce@ICG/RGD可显著延长小鼠寿命，超过90%的治愈小鼠存活超过100天，而接受PBS治疗的小鼠均在42天内死亡（图 5E），充分表明我们基于Cu&Ce的PTT-CDT协同疗法具有最佳的肿瘤抑制性能。 总之，本文设计并成功制备了一个迷人的纳米平台，该平台由用于 CDT 和 MRI 的介孔Cu&Ce 氧化物纳米球、用于 NIR-II 造影剂和PTT 的负载 ICG 以及用于靶向基序的 RGD 组成。这种有前途的纳米治疗剂具有无与伦比的优势，例如对骨肉瘤组织的精确识别、用于肿瘤轮廓区分的 NIR-II 荧光生物成像和 MRI 以及通过 PTT 评估的 CDT 和激活的ICD 进行的程序化抗癌性能。通过在体外有效诱导癌细胞死亡以及在体内强力根除实体骨肉瘤并显著延长存活率来证实治疗效果。此外，出色的生物安全性能也在体内得到体现。该研究为促进临床恶性肿瘤的靶向诊断和治疗开发了一种独特的范例。参考文献heng, M., Kong, Q., Tian, Q. et al. Osteosarcoma-targeted Cu and Ce based oxide nanoplatform for NIR-II fluorescence/magneticresonance dual-mode imaging and ros cascade amplification along with immunotherapy. J Nanobiotechnol 22, 151 (2024).⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS NIR-II in vivo imaging system 高灵敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相机，活体穿透深度高于15mm高分辨率 - 定制高分辨大光圈红外镜头，空间分辨率优于3um荧光寿命 - 分辨率优于 5us高速采集 - 速度优于1000fps （帧每秒）多模态系统 - 可扩展X射线辐照、荧光寿命、一区荧光成像、原位成像光谱，CT等显微镜 - 近红外二区高分辨显微系统，兼容成像型光谱仪 有不同型号的样机可以测试，请联系：021-61620699⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 恒光智影上海恒光智影医疗科技有限公司，被评为“国家高新技术企业”，荣获“科技部重大仪器专项立项项目”，上海市“科技创新行动计划”科学仪器领域立项单位。恒光智影，致力于为生物医学、临床前和临床应用等相关领域的研究提供先进的、一体化的成像解决方案。与基于可见光/近红外一区的传统荧光成像技术相比，我们的技术侧重于近红外二区范围并整合CT, X-ray，超声，光声成像技术。可为肿瘤药理、神经药理、心血管药理、大分子药代动力学等一系列学科的科研人员提供清晰的成像效果，为用户提供前沿的生物医药与科学仪器服务。⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 上海恒光智影医疗科技有限公司地址：上海市浦东新区张江高科碧波路456号 B403-3室网址：www.atmsii.com邮箱：liupq@atmsii.com电话：137 6102 1531 （同微信）

背景介绍 载流子之间的相互作用是凝聚态物理学的热门研究和重点关注对象。调控这种相互作用的能力将有望调控复杂的电子相图。近年来，二维莫尔超晶格已经成为量子领域非常具体潜力的一个研发平台。莫尔系统通过调整层扭转角、电场、莫尔载流子浓度和层间耦合，可以实现其物理参数的高度可调。进展概述 近期，Xiaodong XU（美国华盛顿大学）的研究小组报道了光激发可以高度调整莫尔捕获载流子之间的自旋-自旋相互作用，从而产生WS2/WSe2莫尔超晶格中的铁磁有序。该研究中，作者使用了德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，以确保在低温强磁场环境中精确控制样品位置。文章以《Light-inducedferromagnetism in moirsuperlattices》为题，发表于Nature期刊。 图1显示了丰富的填充因子依赖的磁光响应，在填充因子为&minus 1时，RMCD显示出超顺磁样响应。当空穴掺杂明显减少（见图1e）时，一个磁滞回线开始出现, 这是铁磁性的标志。在&minus 1/3的填充因子（即每3个莫尔晶胞中有一个空穴）附近，随着激子共振激发功率的增加，在磁圆二色性信号中出现了一个明显的磁滞回线。图1. WS2/WSe2异质结中的磁圆二色性随填充因子变化。a) 器件示意图 b) PFM图像，标尺：20 nm c) 反射谱随偏置电压变化 d-e) 磁圆二色（RMCD）随填充因子变化 图2a显示了在1.6K温度与填充因子为-1/3时RMCD信号与激光功率的关系。当功率小于16 nW时，RMCD信号与磁场之间的关系消失，表现为一条无特征的直线。当功率增加到临界阈值以上时，出现一个滞回线。图2b中零磁场下RMCD信号的强度随激光功率的增加而增大，最终达到饱和。在低填充因子下，由于空穴距离更大固有磁相互作用明显较弱。因此，在分数填充因子为&minus 1/3处出现的功率依赖的RMCD响应表明，通过光学诱导的长程自旋-自旋相互作用，出现了铁磁序。磁滞回线宽度对光激发功率的依赖关系可以忽略不计，这意味着在温度远低于居里温度时，磁滞回线宽度主要由磁各向异性决定。如图2c-d所示，随着温度的升高磁滞回线宽度减小，有效的居里温度被确定为8K左右。图2. 在填充因子为-1/3的时候对光致铁磁性的观察。a-b）1.6K温度，不同激光功率下RMCD信号随磁场变化。c-d）磁滞回线宽度与温度的关系，激光功率103 nW 课题组进一步在填充因子为&minus 1/7下进行了温度与激光功率依赖性的RMCD测量（图3）。图3a显示了在不同的激光功率下的测量结果。作者定义了一个临界温度Tc，超过这个温度，RMCD的磁性响应（心跳线形状）就会消失。以253 nW光激发为例，心跳线形状保持强至约40K。为了进一步突出这一效应，图3b中绘制了提取的RMCD信号振幅与激发功率和温度的变化关系。这些数据表明，一旦光激发功率足够大，可以引入磁序，Tc可以从20K左右的调谐到45K。观察到的现象指出了一种机制，其中光激发激子促成了莫尔捕获空穴之间的交换耦合。这种激子促成的相互作用可能比莫尔捕获空穴之间的直接耦合范围更长程，因此即使在稀空穴体系中也会出现磁序。这一发现为莫尔量子物质的丰富的多体哈密顿量增加了一个动态调谐方案。图3. 利用光激发功率和填充因子调节磁态。a-d) RMCD信号强度与磁场、温度、填充因子的关系图 图a-b中填充因子为-1/7 值得指出的是，整个实验都是在低温及强磁场中进行的。这其中关键的设备就是德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，该位移台能够在极低温环境下提供纳米级的精确位移，成为整个变温及磁场调控过程中精确控制样品位置的关键设备。 attocube公司生产的位移器设计紧凑，体积小巧，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器，并以稳定而优异的性能，原子级定位精度，纳米位移步长和厘米级位移范围受到科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和极端环境中，包括超高真空环境(5E-11mbar)、极低温环境（10 mK）和强磁场中（31 T）。图4 attocube低温强磁场位移器，扫描器attocube低温位移台技术特点如下：参考文献：[1]. Xiaodong XU, et al. Light-induced ferromagnetism in moiré superlattices. Nature 604, 468–473 (2022)