自组装多孔薄膜

近期，中科院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部团队在贵金属自组装阵列的研究中取得了新进展，合成了以多孔Au@AuAg纳米棒为阵列基元的高通量传感器，并探究了其在近红外波段(NIR)的表面增强拉曼散射(SERS)性能，相关研究成果发表在Journal of Materials Chemistry C 上。 　　生物化学分子的不当使用会导致严重的环境问题，因此迫切需要寻求一种低成本的可以检测环境中生物化学分子的传感器。基于SERS研发检测的传感器因其高灵敏度和特异性而受到广泛关注，但其受到低利用率和高成本的限制，无法进一步实际应用。 　　鉴于此，研究人员将喷墨打印技术与等离子体金属纳米颗粒相结合，开发了一种高通量、高灵敏度的NIR-SERS生化传感器(HNIR-SERS传感器)。首先利用压印技术制造了网格基板，其中分离的区域呈典型的立方排列；再将多孔Au@AuAg纳米棒(NRs)作为组装单元，通过喷墨打印将其组装在基板上，形成HNIR-SERS传感器。研究发现，这种新型HNIR-SERS传感器可以在一个衬底中实现多生化分子的高灵敏度检测。例如，该HNIR-SERS传感器能够有效检测4-氨基苯硫酚(4-ATP)和罗丹明6G (R6G)， 4-ATP的增强因子高达108。该工作为实现高通量、低成本的NIR-SERS传感器提供了一种有效的方法，为推动NIR-SERS传感器在拉曼检测芯片中的实际应用提供了依据。 　　上述工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、重大专项和中科院仪器专项等项目的支持。图1. 多孔Au@AuAg纳米棒的(a)合成示意图、(b)SEM图、(c)TEM图、(d)STEM-HAADF及其元素分布图。图2. (a)HNIR-SERS传感器的制备示意图；(b-d)多孔Au@AuAg纳米棒阵列的SEM图。图3. (a)加入10-6 M浓度的4-ATP处理后的多孔Au@AuAg纳米棒及其前驱体的拉曼光谱图；(b) HNIR-SERS传感器的拉曼测试示意图；(c) HNIR-SERS传感器在加入10-8 M浓度的不同待测分子后的拉曼光谱图；(d) HNIR-SERS传感器在加入不同浓度梯度的4-ATP的拉曼光谱图。

题目：《Bioactive Materials》重磅研究成果发表：基于【3D微载体】的双功能原位自组装类器官，用于骨软骨再生作者：北大人民医院杨振 摘要：以3D TableTrix® 微载体为基础，体外设计个性化明胶微载体，于体内自组装形成骨软骨类器官，用于诱导软骨和骨一体化再生。前言近日，由北京大学人民医院骨关节科林剑浩、邢丹教授和清华大学杜亚楠教授共同在Bioactive Materials 【IF：16.874】联合发表研究型文章：双功能原位自组装类器官，用于骨软骨再生。原文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21005859（可点击文末“阅读原文”查看）Part 1 研究背景骨软骨复合体由关节软骨、钙化软骨和软骨下骨组成，具有复杂的软骨-骨界面和不同的组织层特性。在骨软骨损伤中，由于关节软骨和骨的愈合能力和组织整合性能存在差异，同时实现关节软骨和软骨下骨的结构和功能修复仍然是基础研究和临床的难题。近年来，研究者们相继研发了具有双相、三相、多层和梯度渐变的支架，并在动物模型中取得了一定的成功，但仍然存在一些局限性：① 双相支架通常无法再生钙化软骨和梯度组织结构；② 三相和多层支架常常在层之间存在突变，在机械刺激下容易发生层剥离和组织分离。自组装类器官被用于药物筛选、机制研究，以及探究多种器官系统的发育或组织再生。类器官自组装过程包括一系列细胞分化过程和自我模式化，这些过程受到多种形态发生剂的高度调节，例如通过具有生长因子条件培养基的3D支架（包括转化生长因子-β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）和胃泌素）。但目前的方法缺乏通过定向分化诱导单个类器官的空间模式和发育方面的能力，一个主要的限制是：单一的支架和特定的培养基不足以培养出具有异质性结构的类器官。该研究聚焦于骨软骨损伤一体化修复的难题，分别使用透明质酸（HA）和羟基磷灰石（HYP）修饰华龛生物生物科技有限公司（以下简称：华龛生物）研发的3D TableTrix® 微载体（简称CH-微载体和OS-微载体），通过体内自组装形成骨软骨类器官，用于诱导软骨和骨一体化再生。Part 2 研究发现本课题组前期研究发现，负载MSC的3D TableTrix® 微载体可在体外自组装，形成功能化3D组织块，增加了MSC的干性和旁分泌活性，同时减少了MSC的衰老。因此，为了实现骨软骨一体化再生修复，课题组构建了个性化微载体，负载MSC后成软骨和成骨诱导分化7天，注射到比格犬的骨软骨缺损中，实现了骨软骨类器官的原位自组装和组织修复，这表明类器官技术可作为复杂界面组织的一种再生治疗策略。Part 3 研究设计图1：整体研究设计示意图本研究的设计示意图如图1所示，在3D TableTrix® 微载体基础上，使用透明质酸（HA）和羟基磷灰石（HYP）进行改性，制备个性化CH-微载体和OS-微载体。将MSC接种到微载体上，然后分别在成软骨和成骨诱导培养基中预分化培养7天，在3D模具中可通过自组装形成骨软骨类器官。将预分化的成骨和软骨微载体依次注射到比格犬滑车沟的骨软骨缺损中，于术后3个月和6个月采集所有膝关节分析再生修复效果。Part 4 研究内容① 个性化微载体理化性质和生物相容性良好从图2可以看出，CH-微载体和OS-微载体呈现疏松多孔的结构，平均直径为217.10±68.35μm和98.16±29.94μm，吸水率分别为14.85倍和 6.82倍。死活染色结果提示所有微载体均具有良好的细胞相容性，值得注意的是CH-微载体可以漂浮在PBS中，而OS-微载体则沉入底部。图2：个性化微载体的制备和表征&bull 个性化微载体制备示意图（A） ，&bull 不同微载体的大体观和SEM图像（B），&bull 直径分布（C），&bull 吸水率（D），&bull 圆度分析（E），&bull 活/死染色（F），&bull 细胞活力的定量分析（G），&bull 负载MSC培养14天后的SEM图像（H）。② 个性化微载体体外自组装形成骨软骨类器官在本文的体内模型研究中，构建了大鼠胸10节段脊髓全横断损伤模型（图3A）。结合行为学评估、核磁共振扫描以及组织学分析（图3B-D），经对比不同治疗方法，我们发现负载MSC的明胶微载体支架能够有效地促进大鼠脊髓损伤的再生与修复（组织学分析的图片请参看原文）。图3：骨软骨类器官体外自组装&bull 自组装流程（A），&bull 骨软骨类器官大体观（B,C）,&bull SEM结果（D），&bull 诱导14天后自组装骨软骨类器官的细胞示踪，红色表示CH-微载体中，绿色表示OS-微载体，自组装骨软骨类器官的软骨和骨部分的活/死染色（F），&bull CH-微载体和CH-类器官（骨软骨类器官的软骨层）的软骨基因表达（G）和OS-微载体和OS类器官（骨软骨类器官的骨层）的相对成骨基因表达（H），&bull 裸大鼠皮下植入后1周CH-微载体和OS微载体的大体观和H&E染色（黄色箭头表示新血管）（I），&bull 骨软骨类器官以及CH-类器官和OS-类器官成分的应力-应变曲线（J）和杨氏模量（K）。Part 5 研究结论骨软骨类器官对大动物骨软骨损伤模型的治疗在体内研究模型中，构建了比格犬股骨髁滑车沟骨软骨缺损模型（图4）。治疗3和6个月后，结合影像学、大体观和病理学评价，对比不同治疗方法，发现骨软骨自组装类器官组能够实现更好的软骨和软骨下骨的再生、重建和整合。图4：自组装骨软骨类器官修复比格犬滑车沟缺损的实验分组Part 6 作者简介第一作者 杨振北京大学人民医院骨关节科2021级博士研究生，主要从事软骨、半月板损伤修复研究以及干细胞的力学调控机制研究等。共同第一作者 王斌副主任医师，研究员，浙江大学博士生导师，临床百人计划研究员，南京大学博士后，北京大学骨科学博士。通讯作者邢丹▷ 北京大学人民医院骨关节科副主任医师、副教授、硕士研究生导师。▷ 现任中国医师协会骨科医师分会基础学组委员、中国研究型医院学会冲击波专委会骨与软骨再生学组副主委、《中华关节外科杂志》第四届编委等。▷ 长期从事骨科领域基础研究，重点关注干细胞的理化调控机制及类器官构建，先后主持国家自然科学基金2项，北京市自然科学基金2项，局级、校级及院级课题3项。▷ 参与编译书籍8部。获国家专利10项。▷ 在the BMJ、JAMA network、Bioactive Materials、Osteoarthritis and Cartilage、Biomaterials、The American Journal of Sports Medicine等国际权威期刊发表SCI文章50余篇。通讯作者 林剑浩▷ 北京大学人民医院骨关节科主任，康复医学科主任，博士生导师。▷ 任国家大骨节病和氟骨症治疗专家组组长、北京大学前沿交叉学科研究院、北京大学医学部骨科系教授、国际骨关节炎研究协会亚洲工作组主席 (Chair of OARSI Asian Task，2019-2021)、《首都十大疾病科技攻关与管理工作》脊柱和关节病领域领衔专家（2016-2020）、国际骨关节炎研究协会理事（OARSI，2014-2018）。▷ 在骨关节炎的细胞治疗、运动治疗、手术治疗及软骨损伤诊疗领域进行了深入研究，在复杂成人关节畸形矫形领域成绩卓越。在基础研究领域，长期从事干细胞功能调控在关节外科的研究，尤其关注于干细胞微组织治疗、干细胞力学及免疫调控、干细胞组织工程及人造细胞研究。▷ 曾先后赴澳大利亚新南威尔斯州立大学圣乔治医院骨科研究所、美国康奈尔大学、纽约特种外科医院(HSS)研修。▷ 曾获国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技攻关重大专项等基金资助，已培养博士研究生10人，发表SCI论文60余篇、核心期刊论文百余篇。通讯作者 杜亚楠▷ 清华大学医学院教授，博士生导师。▷ 国家自然科学基金“杰出青年”项目获得者（2021年）、北京市自然科学基金“杰出青年”获得者（2018年）、教育部青年长江学者奖励计划（2017年）、国家自然科学基金“优秀青年”项目获得者（2015年）。▷ 在Nature Materials、Nature Biomedical Engineering、Nature Communications、Science Advances，PNAS等国际权威期刊发表多篇高影响力论文。▷ 在“微组织工程”这一特色交叉研究方向进行创新探索，实现理论探究和技术转化。开发的3D微组织技术可作为新一代细胞药物的扩增制备平台和药剂学递送系统革新体外细胞培养和再生医学；同时可辅助建立仿生生理/病理模型，用于高通量药物筛选和病理机制研究。▷ 相关微组织工程产品已经商品化，并获得美国FDA和中国药监局相关资质，为再生医学、药物开发和病理研究提供新型平台技术、理论模型和解决方案。Part 7 研究技术支持华龛生物核心产品3D TableTrix® 微载体：①更仿生：由数万颗弹性三维多孔微载体组成，孔隙率90%，粒径大小可控于50-500μm区间， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培养。3D TableTrix® 微载体②资质全：该产品已获得2项CDE药用辅料资质，登记号为【F20200000496；F20210000003】，1项FDA-DMF药用辅料资质，登记号为【DMF:35481】药用辅料资质（点击查看大图）③易收获：特异性降解技术裂解微载体，收获相较于传统方式更高效更温和。3D FloTrix® Digest裂解液④更安全：拥有权威机构出具的裂解残留检测、细胞毒性、热原反应、遗传毒性、体内免疫毒理学相关质量评价报告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主动全身过敏性、腹腔注射给药毒性等安全性评价报告。权威检测报告（点击查看大图）⑤易放大：通过3D培养方式，结合华龛生物3D细胞智造平台全线产品可以实现全自动封闭式大规模细胞培养，实现百亿量级细胞收获。点击图片，了解详情

共价有机框架(COFs)材料是一类由重复有机单元通过共价键连接具有二维拓展结构的多孔晶体材料。该类材料具有高结晶度、均一孔径分布和高比表面积等特点，因此广泛应用在气体储存和分离、能源储存、光电催化等领域。 　　其中二维sp2碳共轭共价有机框架(sp2c-COFs)具有有序π堆叠、丰富活性位点、可调谐开放纳米孔道结构、可定制化分子构筑基元与强共价连接键等特点。并且得益于碳碳双键增强的π共轭电子跃迁、超高的化学/热稳定性及高电子迁移率等特性，sp2c-COFs的高效构建是半导体器件、能源催化、选择性分离膜等前瞻性新兴技术及苛刻环境领域内研究的热点。 　　然而，sp2c-COFs的构筑受阻于高度不可逆的C=C成键过程；此外，目前报道的sp2c-COFs都是以粉末形式存在的，粉末的不溶性和共价有机薄膜制备困难的问题，阻碍了这些材料在相关分离膜、能源或光电器件中的应用。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所界面功能高分子材料团队在张涛研究员的带领下对二维sp2碳共轭共价有机框架材料可控构筑及前沿基础应用进行了深入研究。该团队前期提出多种可靠新型单体、碳碳双键构筑路径及含有稳定性增强效应sp2c-COFs的设计策略(J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13953 ACS Catal. 2023, 13, 1089 Chem. Mater. 2023, 10.1021/acs.chemmater.2c03083)，突破了当前缩聚策略和单体种类的局限性，实现数类高度共轭sp2c-COFs的制备。 　　近期，该团队提出一种表面自组装单分子层(SAM)辅助的表面引发席夫碱介导羟醛缩合反应(SI-SBMAP)技术，实现sp2c-COF薄膜(命名为TFPT-TMT和TB-TMT)在多种基底上的可控构筑(图1)。并且得益于均匀的氨基单分子层提供的反应成核位点，通过SI-SBMAP合成的sp2c-COF薄膜展现了连续均匀的形貌和高度有序的晶体结构，并拥有高的比表面积和均一的孔径分布等结构特征(图2和3)。这些优点使得该薄膜材料在海洋渗透发电装置中展现出极高功率密度和稳定性。 　　为了解sp2c-COF薄膜的形态演变，进一步收集了不同反应时间的样品，并通过扫描电镜对其进行了分析。已知2D COFs中的平面三嗪基团由于强的π-π相互作用有助于促进COF层沿z轴的垂直堆叠，从而导致结晶度增强并形成棒状或带状形态。 　　因此，与三嗪基团较少的TB-TMT薄膜相比，TFPT-TMT薄膜中大量的三嗪基团倾向于形成更长的纤维。得益于表面引发技术可适用于多种基底的优势，sp2c-COF薄膜也可以在NH2-SAM修饰的其他各种基材上制备，包括聚丙烯腈(PAN)膜、玻璃纤维、铝片等。并且在PAN基底上制备的sp2c-COF薄膜尺寸可达18cm×7cm，为大面积制备sp2c-COF薄膜提供了新的途径(图4)。 　　在进一步的实验中，利用TFPT-TMT薄膜高化学稳定性、明确的准一维通道、高孔隙密度的优点，将其集成到海洋渗透发电装置中。该设备在50倍盐度梯度(pH=14恶劣条件)下输出功率密度高达14.1 Wm-2，中间电阻低至17.74 kΩ，优于大多数报道的COF膜，达到商业基准(5 Wm-2)的近3倍(图5)。这项工作为sp2c-COF薄膜的合成提供了一种新型、可靠的方法，并证明了其具有在极端酸碱条件下能源相关器件中的巨大应用潜力。 　　该工作近期以“Monolayer-Assisted Surface-Initiated Schiff-Base-Mediated Aldol Polycondensation for the Synthesis of Crystalline sp2 Carbon-Conjugated Covalent Organic Framework Thin Films”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊上，本研究得到了浙江省自然科学基金(LR21E030001)、国家自然科学基金(52003279)、浙江省创新创业领军团队引进项目(2021R01005)、宁波市重点研发计划(2022ZDYF020023)的支持。

研究背景电性能、输出稳定性和使用舒适性是可穿戴发电机快速发展的三个重要指标。然而，能够同时简单改善上述三个指标的研究却很少。鉴于此，通过简单的自组装多孔结构的创建，设计了一种仿生Trimurti聚偏二氟乙烯(PVDF)摩擦材料，具有卓越的电气性能，在高环境湿度下的优异输出稳定性，以及在出汗条件下增加使用舒适性。 实验步骤1、将PVDF (Alfa Aesar)溶于DMSO和丙酮(DMSO体积分数为20%、40%、60%、80%和100%)的混合物中，在50℃下制备14 wt%聚合物溶液。2、针接15kv正电压直流电源。将转速为20rpm、覆有铝箔的鼓式收集器与2.5 kV负压直流电源连接，放置于离针尖8cm处，收集带电射流，即潮湿的前驱体。3、潮湿的前驱体在室温下干燥，形成干燥的PVDF垫(图1c)。将厚度约为12 μm的PVDF干燥垫从铝箔上剥离，切成方形垫(图1d)。4、在室温下，在超声下将碾磨过的用作牺牲模板的Na2CO3微粒掺入14 wt％PVDF / DMF溶液中2 h，掺杂的重量百分比为33％。将获得的前体混合物以600 rpm的转速旋涂在晶圆上10秒钟。5、在室温下干燥5分钟后，通过超声清洗并使用去离子水去除复合膜中的牺牲模板，然后将膜在80℃下干燥3小时。 PVDF垫上下表面的SEM图像和水接触角示意图。

超高分子量嵌段共聚物自组装的挑战 嵌段共聚物（BCPs）是一种特殊材料，具有两个或以上化学上不同的单体单元形成不连续的高分子嵌段，转而又以共价键连接在一起。在融化相，这些材料组成嵌段之间的热力学不相容造成微相分离。这导致了周期性纳米材料（四种常见结构见图1）的形成，它们的形态可以通过改变分子组成来控制，而它们的尺寸和周期性则由分子量的变化来决定。它们的结构和组成多样性提供了获得多种表面纳米结构的可能性，这些表面纳米结构可用于大量应用，例如纳米电子学、抗反射涂层、光学活性表面化学传感器或药物输送。图1. 四种基本共聚物结构。 对于使用可见光的光电应用，需要具有横向周期性大于150nm的BCPs。因此，出现了一种子类材料，叫做超高分子量（UHMW）嵌段共聚物。长链聚合物的高度缠结特性形成了这些BCPs，但是却引起了自组装过程的其他问题。尤其是相分离的缓慢开始使得近乎所有过程都不适合工业应用。近期，一组来自都柏林大学、波尔多大学和谢菲尔德大学的研究人员提出了UHMW BCPs(800kg/mol)的超快自组装的方法，在气相溶剂退火法（SVA）阶段利用可控的溶胀动力学，从而退火时间与平常数小时或数天相比将缩短到分钟。在他们的研究工作中，证明了通过快速并控制使膜膨胀到非常高的溶剂浓度，有可能在10分钟内诱导UHMW poly(styrene)-b-poly-2-vinylpyridine (PS-b-P2VP)系统的相分离。为了得到这个结果，大量研究了干膜厚度、聚合物膜内溶剂浓度、溶胀时间和速率对BCP膜的形态和结构演化的影响。GISAXS测试揭示了溶剂浓度对UHMW嵌段共聚物结构的影响 具有高分子量体系的长聚合物链在干膜中显示有较高的链缠结。已知UHMW BCP的聚合物流动性是高度依赖于溶胀比的，那在SVA过程中通过向BCP膜中加入相对中性的溶剂是有可能解决这一问题的。这样溶剂的分子将在两个嵌段之间产生屏蔽作用，从而减少聚合物之间的相互作用。在上述研究中，选用了氯仿和四氢呋喃（THF）的混合物作为退火溶剂。 随后用掠入射小角X射线散射（GISAXS）研究166nm的BCP膜在宏观区域上随溶剂浓度变化的形态演变。与透射模式下的SAXS实验相比，掠入射模式（X射线光束在样品表面反射）转变成了表面敏感探测技术，在大表面区域上分析材料的结构且无需额外的样品制备。如图1所观察到的，通过GISAXS测试随着溶剂浓度的增加，内部结构发生了明显的变化。铸膜样品只出现微弱的散射点，表明表面主要是无序的胶束结构。随着溶剂浓度的增加，从GISAXS散射图谱上明显看出，ϕs~0.80以下，BCP链仍处于缠结状态而无法自组装成界限清晰的微区。只有在浓度等于或高于0.8时，有序垂直层状形态才开始逐步形成。使用散射峰的位置，计算结构在ϕs = 0.83和ϕs = 0.86的平面域间距分别是（~ 184 nm）和（~ 191 nm）,而一旦溶剂浓度的值达到0.88结构会失序。图2.（a-h）二维GISAXS散射数据。8个图中显示PS-B-P2VP膜的形态随退火溶剂浓度ϕs的变化而变化。（i）在每个样品的Yoneda位置的1DGISAXS图像。强度分布显示为一阶散射峰，二阶散射峰分别用红色和蓝色表示为1和2。 铸膜（在没有溶剂的情况下测试）出现一个弱散射峰，用绿色表示为m。 通过AFM分析对这些值进行了进一步的证实，并且典型的FIB/SEM实验结果证明层状结构在整个膜上的延伸。为了证明BPC结构的传输能力，自组装膜也被用作模板制备金属氧化物纳米结构。这些材料也被进一步用作硬膜，来生产统一的高宽比硅纳米壁结构（高500nm，间距190nm）。 这一研究工作为超高分子量嵌段共聚物在工业适用的时间内通过高精度气相退火进行自组装的可行性奠定了基础。在大约10分钟的时间内实现了相分离，产生了间距超过190nm的层状特征。在整个过程中，GISAXS测量与其他探测技术共同用于控制过程的效率并评估不同参数的影响。

p style=" text-indent: 2em " 记者从中国科学技术大学获悉，该校工程科学学院微纳米工程实验室利用飞秒激光引导毛细力自组装复合加工方法，实现了手性可控三维微结构和三维金属纳米间隙结构的灵活制备，并实现了在涡旋光手性检测和高灵敏度生化检测方面的应用，相关研究成果日前分别发表在《先进材料》和《先进功能材料》上。 /p p style=" text-indent: 2em " 手性微结构在光学和力学等领域具有重要的应用潜力，可以用于构筑多种多样的光学和力学超材料。目前三维手性微结构的灵活、可控制备仍存在诸多困难。中国科学技术大学微纳米工程实验室在飞秒激光复合加工方面开展了长期的系统性研究。在前期工作中，他们通过将飞秒激光直写与毛细力自组装技术结合，开发了新型的飞秒激光复合加工方法，实现了复杂多层级聚合物结构的制备，并在微物体操纵、微粒制备、微光学、仿毛细血管微通道制备等多个领域开展了应用研究。 /p p style=" text-indent: 2em " 在前期工作的基础上，研究团队将飞秒激光直写与毛细力驱动自组装技术相结合，通过调控微结构的空间排布、结构尺寸等参数，引导毛细力的方向和大小，成功制备了多层级手性微结构，并展示了该方法高度的灵活性和可扩展性。 /p p style=" text-indent: 2em " 此外，该研究团队还利用这种飞秒激光复合加工方法成功制备了三维金属纳米间隙结构，并实现了典型表面增强拉曼光谱SERS标的物R6G和抗癌药物DOX的高灵敏度检测。该研究为非平坦表面上构建金属纳米间隙结构提供了一种新的方法，有望将基于微流体的表面增强拉曼光谱检测技术应用于精准医疗、实时在线检测等领域。（记者吴长锋） /p

记者1月25日从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，该院固体物理研究所功能材料物理与器件研究部和本院等离子所等单位科研人员合作，在空穴型近红外透明导电薄膜研究方面取得新进展：他们设计并制备了新型空穴型铜铁矿薄膜，并通过参数优化让新型薄膜获得了较高的近红外波段透过率和较低的室温方块电阻。相关研究结果日前发表在《先进光学材料》杂志上。　　透明导电薄膜是一类兼具光学透明和导电性的光电功能材料，在触摸屏、平板显示器、发光二极管及光伏电池等光电子器件领域有着广泛应用。目前，商用的透明导电薄膜均为电子型，空穴型透明导电薄膜由于空穴有效质量大、空穴迁移率低和空穴掺杂性差，其光电性能远落后于电子型透明导电薄膜，这严重阻碍了新型透明电子器件的发展。　　在国家自然科学基金的支持下，研究人员通过理论计算发现，含有铑、氧等元素的铜铁矿结构材料是一种间接带隙半导体，其中的铜离子与氧离子的原子轨道可进行杂化，从而减弱价带顶附近载流子的局域化，实现空穴型高电导率；另一方面该材料在可见光及近红外波段表现出弱的光吸收行为，具有高透过率。研究人员在前期金属型铜铁矿薄膜的研究基础上，采用非真空工艺进一步获得了大尺寸空穴型铜铁矿透明导电薄膜。该薄膜表现出主轴自组装织构的生长特征，有利于其内载流子的传输，提高空穴的迁移率。另外，由于三价铑离子的离子半径可实现空穴型载流子重掺杂，使得镁掺杂铜铁矿结构材料具有非常高的室温导电率、较高的近红外波段透过率以及低的室温方块电阻。　　这种高性能的空穴型透明导电薄膜的发现，为后续基于透明电子型及空穴型薄膜的高性能全透明异质结构的研发及应用提供了一种潜在的候选材料。

【科学背景】随着纳米科技的快速发展，无序胶体颗粒的自组装成为了研究的热点，特别是对于构建层次结构纳米材料的需求日益增加。在这个背景下，胶体液晶相和超晶格的形成引起了广泛关注。这些结构具有重要的电、光、催化、机械、离子/分子传输和能源等功能材料应用潜力。其中，无机纳米片由于其多样的材料和功能性质，以及自发形成的介相，备受关注。然而，由于纳米片尺寸的多分散性和不规则形状，精确设计其组装结构和功能成为了一个挑战。现有研究主要集中在液晶相和一维超晶格的组装，但由于结构的不可逆性和限制，微细的结构控制变得困难。此外，纳米片的表面性质以及与其他功能物种的组合设计也是一个待解决的问题。为了解决这些问题，日本东京大学Takashi Kato教授、Nobuyoshi Miyamoto教授在“Science Advances”期刊上发表了题为“Monodisperse nanosheet mesophases”的研究论文，引起了不小的关注！他们通过调控纳米片之间的微弱吸引相互作用和熵相互作用，成功地实现了单分散钛酸盐纳米片形成高度调控的超结构介相。通过使用透射电子显微镜、偏光光学显微镜、小角度X射线散射和共聚焦激光扫描显微镜等技术，他们详细研究了纳米片组装过程，并实现了对介相的可逆调控。【科学亮点】(1) 实验首次展示了通过微调弱吸引相互作用和熵相互作用，单分散的钛酸盐纳米片（mNSs）可逆地形成高度调控的超结构介相。（2）通过透射电子显微镜（TEM）、偏光光学显微镜（POM）、小角度X射线散射（SAXS）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）等技术，作者清晰地观察到了柱状纳米纤维（ColNFs）、柱状向列液晶（ColNF-Nems）和ColNF束（ColNF-Buns）的可逆形成。(3) 实验结果表明，控制对离子浓度、纳米片浓度、溶剂和温度等条件可以精确调控所形成的超结构介相，这为层次结构纳米制造提供了新的可能性。此外，相较于之前报道的单分散纳米片系统，本研究所使用的钛酸盐mNSs是唯一的阴离子系统，为通过与阳离子功能物种的组合进行材料设计提供了新的思路。【科学图文】图1：由离子强度和纳米片浓度控制的mNSs的ColNFs、ColNF-Nem和ColNF-Buns的形成。图2. mNS/水/EtOH胶体溶液的乙醇浓度依赖性的介相形态。图3. 不同阳离子种类的插层进入ColNFs。图4. 温度控制下TBA+/mNS水胶体的介相形成。【科学结论】本文揭示了通过微调弱吸引相互作用和熵相互作用，可以实现对无机纳米片的高度控制自组装，从而形成具有特定结构和功能的超结构介相。这一研究为设计和合成具有特定功能的纳米材料提供了新的思路和方法。通过理解纳米片自组装的机制，作者可以进一步探索材料自组装的规律，从而设计出更加复杂和多样化的纳米结构，拓展材料的应用领域。此外，本研究还为开发具有自修复功能的新型材料奠定了基础，这对于解决传统材料在应用过程中的损伤和老化问题具有重要意义。通过将这一方法应用于其他材料体系，可以为电子学、光学、催化剂等领域的材料设计和应用提供新的思路和可能性。原文详情：Nobuyoshi Miyamoto et al. ,Monodisperse nanosheet mesophases.Sci. Adv.10,eadk6452(2024).DOI:10.1126/sciadv.adk6452

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 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，中国科学院国家纳米科学中心王浩课题组通过发展“活体自组装”技术，在细胞内构建了不同拓扑结构的纳米材料，并提出了全新的细胞内原位聚合和组装策略，为功能性纳米材料的设计提供了新思路。相关研究成果发表在 em Nature Communications /em 上，并已申请中国发明专利。 /p p 　　纳米材料在生物医学领域已被广泛研究和认可，例如药物递送、组织工程等均得到了深入研究。但纳米材料独特的生物界面效应，使其在复杂生命体中的递送过程、物理化学转化以及蓄积代谢等问题变得十分棘手。因此，王浩课题组提出了“活体自组装”理念，独特设计纳米材料的建筑单元，将外源引入的分子参与到生命体的功能性组装过程中，实现了在生理环境下自发的纳米材料构建和功能化。这一独特思路，为生物医用纳米材料领域的设计和应用提供了新视角和新途径。 /p p 　　在纳米材料的生物功能应用中，拓扑结构对活体器官、组织和细胞的功能影响显得尤为重要。前期报道指出，特定拓扑结构在生命体中扮演者独特的角色，例如双螺旋结构的DNA、具有特定3D结构的蛋白大分子，以及各种传导信号的分子复合体等。材料和界面的拓扑结构影响生物功能，例如界面的形态会诱导干细胞定向分化、决定细胞迁移和内吞等功能。因此，深入研究在特定区域内材料拓扑结构与生物功能之间的关系，将为精准功能化纳米材料的设计提供指导。目前，体外构筑的纳米材料，不能区分界面和胞内作用，干扰了限域拓扑结构和生物功能关系的分析和理解。 /p p 　　针对特定区域内材料与功能之间的关系研究，王浩课题组发展了细胞内原位聚合和组装的新方法，首次实现了在细胞内平行构筑不同拓扑结构的纳米材料，为研究胞浆拓扑结构和功能的关系提供了有效手段。通过设计不同氨基酸序列的多肽聚合单体，实现了在胞内聚合过程中，对聚合物分子量大小、温敏性质以及组装后的拓扑结构的调控；在细胞和组织水平原位的证实了多肽单体的聚合和组装过程；综合评价了不同拓扑结构的纳米组装体的滞留效应和细胞毒性等生物功能，为精准设计功能化纳米材料提供基础参考。 /p p 　　研究工作得到了国家自然科学基金、创新群体项目、中科院国际合作、交叉团队、青促会等的支持。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171108529108817694.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/4a4278be-71e4-47d4-87a7-0fc2df981d1b.jpg" uploadpic=" W020171108529108817694.png" / /p p style=" text-align: center " 国家纳米中心“活体自组装”生物纳米材料研究工作获进展 /p

膜过滤技术作为目前分离技术中最为便捷可行的手段之一，在全球范围内应用极为广泛。膜材料的表征有非常多的项目：拉伸强度、爆破强度、耐酸碱腐蚀性、孔径分布、孔隙率、通量、使用寿命等等。康塔仪器膜孔径分析测试目前常用的有压汞法、液体排驱技术和气体渗孔法（泡压法）孔径分析技术，适用于不同的压力（即孔径）和流速范围，以实现材料特性和仪器性能（灵敏度、准确度、再现性）的最佳匹配，来测定薄膜孔径、孔隙结构、渗透率及膜的力学性能。 为使更多科研人员能更深入的学习孔径分析仪器在膜材料分析检测领域的应用技术，帮助大家了解薄膜孔径分析仪的最新进展和应用中的注意事项，美国康塔仪器公司将安排科学家举办此次“薄膜孔径分析技术网络研讨会”，邀请全球客户共同研讨和分享。 讲座时间：北京时间2016年1月26日22:30主讲人：康塔仪器资深产品经理Steve Hubbard讲座语言：英文网络研讨会链接： http://www.quantachrome.com/webinars/webinars.html（点击注册） 薄膜孔径分析仪Porometer系列测量原理：采用泡压法，即气体渗透法，测定被侵润样品在气流作用下的压力变化。该方法同样以表面张力引起毛细孔中液体上升理论为依据．当毛细孔浸在某种液体中时，在表面张力的作用下，毛细孔中的液体将会上升到某一高度，当毛细孔中的表面张力与毛细孔中液柱重力达到力平衡，此时可按此计算薄膜孔径及渗透率（ Washburn方程）。 薄膜孔径分析仪Porometer系列遵循标准：ASTM D6767-02 用毛管流测定土工织物开孔特征方法 ASTM F316-03 通过起泡点和平均流动孔试验描述膜过滤器的孔大小特征的试验万法 ASTM E1288-99 测量气体透过样品的透过率 ASTM C-522 ASTM D-726 ASTM D-6539 ASTM E 1294-89 (1999) 用自动液体孔率计检验薄膜过滤器的孔径特性的测试万法 BS 7591-4: 1993 材料的孔隙度和孔隙尺寸第4部分-去水评定法 BS 3321-1986 织物的等效孔径测量万法(气泡压力试验) BS EN240003 : 1993 测量气体透过样品的透过率 HY/T 051-1999 中空纤维微孔滤膜测试万法 HY/T 064-2002 管式陶瓷微孔滤膜测试万法 HY/T 20061-2002 中空纤维微滤膜组件 GB/T 14041. 1-2007 液压传动、滤芯、结构完整性的验证和初始冒泡点的确定 GB/T 24219-2009 机织过滤布泡点孔径的测定 美国康塔仪器美国康塔仪器(Quantachrome Instruments)被公认为是对样品权威分析的优秀供应商，它可为实验室提供全套装备及完美的粉末技术，及极佳的性能价格比。康塔公司不仅通过了ISO9001及欧洲CE认证，也取得了美国FDA IQ/OQ认证。作为开发粉体及多孔材料特性仪器的世界领导者，美国康塔仪器产品涵盖比表面、物理吸附、化学吸附、高压吸附、蒸汽吸附、竞争性气体吸附、真密度、堆密度、开/闭孔率、粒度粒形、Zeta电位、孔隙率、压汞仪、大孔分析、微孔分析、滤器分析等诸多领域。 康塔仪器不仅受到科学界的青睐，装备了哈佛、耶鲁、清华等世界各个著名大学，而且已经向全世界的工业实验室发展，以满足那里开发和改进新产品的研究与工艺需求。工厂中也依靠康塔仪器的颗粒特性技术更精确地鉴别多孔材料，控制质量，或高效率查找生产中问题的根源通过颗粒技术使产品上一个台阶，在当今工业界已成为一个不争的事实。康塔克默仪器贸易（上海）有限公司作为美国康塔仪器公司在中国的全资子公司。集市场开发、仪器销售、备件供应、售后服务和应用支持于一体，它拥有国际水准的标准功能、形象和硬件配套设施，包括上海和北京的应用实验室和应用支持专家队伍。康塔克默仪器贸易（上海）有限公司使美国康塔仪器几千家中国用户同步享受国际品质的产品和服务，将掀开美国康塔仪器公司在中国及亚太地区的全新篇章！

美国能源部布鲁克海文国家实验室(Brookhaven)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos)于近日宣称，其研究结果表明透明薄膜具有在相对较大面积内吸收光并生产电荷的能力。同时，两家实验室的专家还在《化学材料》(Chemistry of Materials) 期刊上发表了相关文章，称此材料可用于生产透明太阳能电池板或太阳能窗户，从而在实际应用中将吸收的太阳能转换至可使用电力。 六边形的边密集地排列，可吸收强烈光线，也可以方便地进行发电 　　据称，此种材料是在半导体聚合物中注入富含丰富碳元素的富勒烯(fullerenes)而制成的。在监控条件下，这种材料可以在数微米大的面积上进行自组装并形成如蜂窝状的可重复网格。此蜂窝薄膜是在聚合物/富勒烯混合溶液中滴入微米大小的水滴使其遍布溶液表层而制成的。随着溶剂的蒸发，此聚合物逐渐形成六角型图案，即蜂巢状外观。 　　“虽然这种蜂窝状图案的薄膜此前曾使用聚苯乙烯等传统聚合物进行制作，但此文章首次提出半导体及富勒烯的混合材料可以有效地吸收光线、产生电荷并进行分离电荷。”布鲁克海文国家实验中心的功能纳米材料首席科学家及物理化学家米尔恰• 科特勒特表示(Mircea Cotlet)。 　　“此外，由于这种材料的聚合物链只在六角形的边缘处分布稠密，而其余的中心面积则分布非常薄且相对松散，因此其具有较高的透明性。分布稠密的边角处可以更容易地吸收光线并同时促进发电，而中心地带则由于无法吸收足够光线而保持相对透明。” 　　据CFN材料科学家Xu Zhihua先生表示，此大面积图案可应用在许多方面用来生产能源，包括太阳能窗户、透明太阳能电池板及光显示等。 　　此蜂窝结构的一致性已被诸多扫描探针和电子显微镜方法验证。此外，结构中的边缘位置、蜂窝中心及网格节点处的光学性质和生产电荷，也已经过共聚焦荧光时间分辨荧光显微镜的测试。 　　“溶剂蒸发速率越慢，所产出的聚合物就越紧凑，电荷传输效果也就越好，” 科特勒特在讨论聚合物的形成时指出，他还表示，材料的成型程度取决于溶剂的蒸发速率，同时也就决定了材料的电荷传输速率。 　　科特勒特总结道：“我们的工作使我们更深入地了解了蜂窝结构的光学特性。下一步将是使用这些蜂窝薄膜来制作透明柔性有机太阳能电池及其他设备。”

石墨烯以其优异的化学稳定性和不透过性被认为是最具潜力且已知最薄的防腐材料。化学气相沉积法（CVD）常用来制备大面积和高品质的石墨烯薄膜，但研究人员发现CVD法生长石墨烯的过程中不可避免地会引入不同类型和不同尺寸的本征缺陷，如空位、针孔、裂纹和石墨烯岛晶界等。缺陷的存在，导致金属基体直接暴露在腐蚀介质中，引发金属基体和石墨烯之间的电偶腐蚀，加速了金属基体的腐蚀速度。缺陷除了会降低石墨烯薄膜的防腐性能外，还会降低电学性能，尤其是在腐蚀发生以后。目前已有一些修复石墨烯缺陷的方法，比如通过原子层沉积（ALD）方法在石墨烯上沉积钝化氧化物（例如ZnO和Al2O3）。氧化物覆盖整个石墨烯表面，可以提升石墨烯膜层的耐腐蚀性能。但是，ALD方法需要数小时且对缺陷不具有高的选择性，沉积在石墨烯的无缺陷区域的氧化物往往会显著降低石墨烯的电学性能。到目前为止，修复石墨烯缺陷的最大挑战是高效性和精准性，同时又不影响其化学稳定性和电学性能。近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋实验室苛刻环境材料耦合损伤与延寿团队设计了一种快速、精准修复石墨烯缺陷的方法，可以在15分钟内高效地修复石墨烯上多尺度和多类型缺陷，在提高石墨烯膜层腐蚀防护性能的同时不影响石墨烯优异的导电性能。研究人员基于溶液蒸发过程中1H,1H,2H,2H-全氟辛硫醇（PFOT）分子在石墨烯缺陷位置的原位自组装（图1），通过硫醇与缺陷位点暴露的铜基底形成化学键快速修复缺陷。采用原子力显微镜和拉曼光谱联用技术验证PFOT修复石墨烯缺陷的精准度，发现PFOT选择性吸附在不同类型和尺寸的石墨烯缺陷上，在石墨烯完整区域没有出现PFOT分子。图1 CVD石墨烯涂层缺陷的快速修复过程示意图研究人员通过显微红外、XPS和DFT计算（图2）揭示了化学键的形成机制，实验表征和DFT计算得出的结果具有非常好的一致性。PFOT分子与暴露在缺陷位置的基底铜原子和石墨烯缺陷边缘的碳原子形成非常强的共价键，并且，PFOT分子与完整无缺陷的石墨烯表面形成弱的范德华键，在清洗过程中很容易去除，这就是PFOT精准修复石墨烯缺陷的原因。图2 PFOT修复石墨烯缺陷的六种吸附构型此外，硫醇与基底铜原子和缺陷边缘碳原子之间的化学键导致PFOT分子扩散到缺陷位置的Ehrlich-Schwoebel势垒降低。这就使得PFOT分子可以很快（仅在15分钟内）且精准的修复石墨烯缺陷。研究人员进一步使用FIB制样并采用TEM观察修复后缺陷位置石墨烯与PFOT分子的微观结构，发现PFOT分子只在石墨烯缺陷处的铜基底上生长，与无缺陷完整石墨烯具有明显且精确的分界，这充分验证了上述PFOT修复石墨烯缺陷机制和化学键合机制（图3）。图3 PFOT修复石墨烯缺陷的显微机制该铜基石墨烯缺陷精准修复的方法展现出普适性，除了PFOT分子以外，高效且长效的修复石墨烯缺陷需要满足以下三个关键要求：（1）修复物质必须与金属基底有牢固的化学键合，确保长期的化学稳定性，使得修复缺陷具有长效性；（2）修复物质不会与完整无缺陷的石墨烯表面形成化学键，确保修复不会影响石墨烯优异的电学性能；（3）修复物质含有疏水性官能团，以降低腐蚀性介质在表面的润湿性从而提升石墨烯膜层的腐蚀防护性能。

科技日报北京9月7日电 （记者张梦然）美国约翰斯霍普金斯大学（JHU）研究人员设计出由最小纳米管组成的无泄漏管道，可自我组装和自我修复，且可将自己连接到不同的生物结构，这是创建纳米管网络的重要一步，该网络将来有望用于向人体中的靶细胞提供专门的药物、蛋白质和分子。研究成果发表在7日的《科学进展》杂志上。研究团队的方法基于一种既定技术，该技术将DNA片段用作“基础构建块”，以生长和修复管道，同时使它们能够寻找并连接到特定结构。以往研究制造出的纳米孔结构较短，且设计侧重于DNA纳米孔控制分子在实验室生长的脂质膜（模仿细胞膜）上的运输能力。现在他们造出了直径约7纳米、长度为几微米的“管子”，可以更有效的输送分子，并有望搭建成更复杂的“管道网”。新纳米管使用在不同双螺旋之间编织的DNA链形成，其结构有像手指网套一样的小间隙。由于尺寸极小，为了测试这些管子是否可在不泄漏的情况下将分子运输更远的距离，研究团队用特殊的DNA“软木塞”盖住管的末端，并用它们运输荧光分子溶液以跟踪泄漏和流入速率。通过精确测量管的形状、生物分子如何连接到特定的纳米孔，以及荧光溶液的流动速度，研究团队展示了管子如何将分子运输到微小的、在实验室生长的一种类似细胞膜的袋子中，这些发光的分子，在其中就像水一样沿着管道滑行。研究人员表示，使用这种管道系统可将某些材料或分子的流动引导到更长的距离，还可使用另一种DNA结构控制何时停止流动，这种结构能非常具体地与管道结合，作为阀门或接头来控制运输。此类DNA纳米管可帮助科学家更好地了解神经元如何相互作用，还可用于研究癌症等疾病，以及人体200多种细胞的功能。【总编辑圈点】科学家一直想要构建出不会泄漏的纳米管道，这次他们想出的办法是一种简单的自组装技术：将分子混合在溶液中，就能让它们形成想要的结构，搭建出的管子可以连接到不同的“端口”上，形成管道。而当这种管道足够长且四通八达，就可以实现让药物分子沿着纳米管“高速公路”运输，去往它们该去的位置。更进一步，管道不但能让分子在特定腔室或细胞内停留，还能将它们离开细胞后的情况，详细反馈给科学家。

【科学背景】随着材料科学和纳米技术的迅速发展，二维（2D）晶体材料作为一种重要的研究对象，因其独特的结构和性质而引起了科学家的广泛关注。尤其是在柔性电子、光电子以及分离等领域的应用，对于开发具有高强度、韧性和弹性的2D薄膜材料提出了迫切需求。然而，传统的2D晶体材料通常是多晶的，含有许多晶界，这导致其易碎和脆性，严重限制了其在柔性器件中的应用。共价有机框架（COF）作为一种新兴的2D晶体材料引起了人们的关注。COF由有机节点和连接物通过共价键构建而成，具有周期性和多孔结构。然而，现有的COF材料通常以不可加工的粉末形式存在，或者以部分晶化的片状材料或不连续薄膜的形式出现。这些材料存在着脆弱易碎、裂纹沿晶界传播严重等问题，严重限制了它们的应用范围。为了解决这些问题，中山大学郑治坤教授团队提出了使用线性小分子作为牺牲中介来引导2D COF的聚合和结晶的新方法。通过选择亚胺键连接的COF，并利用具有较高反应性的烷基双胺为中介，可以促进COF相邻结晶颗粒在晶界处的纠缠，从而增加薄膜的弹性。此外，选择聚丙烯酸作为聚合物表面活性剂来辅助界面合成，进一步优化了薄膜的制备过程。通过这一研究，研究者们成功地制备出了高度结晶且具有弹性的2D COF薄膜，其力学性能得到了显著改善。【科学图文】在本研究中，为了制备高度结晶且具有弹性的2D COF薄膜，研究人员采取了一系列实验步骤。首先，他们使用了5,10,15,20-四(4-氨基苯基)-21H,23H-卟啉（节点）和2,5-二羟基对苯二甲醛（连接物1）进行反应，形成了2DCOF-1（图1a）。在此过程中，通过在水中添加二乙烯三胺作为中介，以及利用聚丙烯酸在水表面促进节点的积聚和组装，最终得到了具有高度均匀性的2DCOF-1薄膜。傅立叶变换红外和拉曼光谱表明了亚胺键的形成以及节点和连接物的完全消耗。将薄膜沉积到铜网格上后，显微镜观察到除了与镊子接触导致的一个破裂区域外，其他区域均被完全覆盖（图1c）。扫描电子显微镜和原子力显微镜进一步证实了薄膜的结构和均匀性，显示了不同颗粒通过晶界连接而成的结构，晶界呈现出明亮的对比度，而整个薄膜的颗粒和边界形态非常相似。这些结果表明，通过所采取的实验方法，研究人员成功地制备了高度结晶的2DCOF-1薄膜，并且该薄膜具有较高的机械韧性和均一性。图1. 2DCOF-1薄膜的合成方案及形貌。为了了解二维COF薄膜的晶界结构和微观特性，作者首先假设形成了涉及交织结构的晶界，并计算得到了晶胞参数（图2a）。接着，通过广角X射线衍射（GIWAXS）观察到了清晰而多重的反射，表明薄膜具有高结晶度。尤其是在平面方向，反射被很好地索引，并呈现出简单的四方晶格，支持了模拟的交织结构在平面上的周期性。在垂直方向上也观察到了清晰的反射，给出了层间距的信息，进一步证实了交织结构的存在（图2b）。此外，通过缝合畸变校正的高分辨透射电子显微镜（AC-HRTEM）图像，观察到了薄膜的微观结构。图像显示，薄膜由单晶颗粒组成，并通过傅立叶滤波进一步确认了这一结论。这些结果表明，二维COF薄膜具有复杂的晶界结构和高度有序的微观排列，这为其在力学性能和应用方面的研究提供了重要参考（图2c）。图2. 2DCOF-1薄膜的结晶度和晶界结构。作者进行了一系列实验，以探究二维COF薄膜的聚合和结晶过程。首先，通过广角X射线衍射技术监测了反应过程中薄膜的结晶情况。在6小时的反应时间内，观察到了局部结晶的开始信号，但整体呈现无定形状态；而在7小时处，形成了多晶薄膜，反射环明显。随着反应时间的延长，反射的强度逐渐增加，反映了薄膜的整体结晶度逐渐提高。此外，AC-HRTEM提供了微观的图像，显示了不同颗粒重新取向的过程，以及单晶颗粒尺寸的逐渐增大和晶界数量的减少。通过对比实验，发现未使用二乙烯三胺的对照实验中形成了具有层间无序的薄膜，并且薄膜厚度在不同区域间变化较大。而使用其他化合物作为中介的对照实验也证实了交织晶界的形成。这些实验结果揭示了二维COF薄膜的聚合和结晶过程，为理解其形成机制提供了重要线索（图3）。图3. 2D COF-1 薄膜的反应时间依赖性结构分析。图4展示了2DCOF-1薄膜的力学性能。通过在悬浮的薄膜上进行AFM纳米压痕实验，结果显示薄膜具有高韧性和弹性，加载和卸载曲线之间没有明显差异，表明薄膜在铜网上没有滑动。当薄膜被压痕直至破裂时，裂纹迅速扩散并大部分区域反弹回初始位置，表明薄膜存在能量消耗路径，可能是由于交织晶格的来回滑动。与此相反，对照实验显示2DCOF-1-A薄膜遇到严重的裂纹扩展。此外，薄膜的能量损失系数在70%和80%应变时均小于10%，并且在反复加载和卸载周期中保持稳定，表明了薄膜的高稳定性和韧性。通过对六个不同样品的力-位移曲线进行拟合，计算出薄膜的弹性性能和断裂应力，结果显示其平面弹性模量和断裂强度均远高于先前报道的晶体和多孔材料。这些实验结果表明了2DCOF-1薄膜具有优异的力学性能，展示了其作为有机二维COF纯晶膜的潜在应用前景。图4. 2DCOF-1薄膜的机械性能。【科学结论】本研究为克服传统2D晶体脆弱性提供了新思路。通过引入无定形聚合物中常见的交织结构，我们成功地将高强度、高韧性和高弹性引入了亚胺键多晶膜中，实现了这些膜的整体性能的显著提升。这一研究不仅为解决2D晶体材料的脆弱性问题提供了新途径，还揭示了从无定形材料中借鉴结构和性能的潜力。这种方法为多晶材料引入新的特性和应用打开了新的可能性，不仅可以加强现有材料的性能，还有望为新型应用的发展提供有力支持。这一创新将有助于推动材料科学领域的发展，为开发更加功能强大的材料和应用打开了新的前景。参考文献：Yang, Y., Liang, B., Kreie, J. et al. Elastic films of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07505-x

近日，中国科学院大连化学物理研究所生物分离与界面分子机制创新特区研究组（18T7组）卿光焱研究员团队设计并制备了一种环境友好、多模式、可转换的手性光子薄膜。该研究为先进防伪材料的设计提供了新思路。早在中国古代，防伪标签（如水印、指纹和笔迹）就已广泛应用于文化、经济和军事等领域。创新的防伪技术对于市场的稳定、医疗健康和社会可持续发展等具有重要意义。目前，防伪标签主要使用发光或结构色材料，例如荧光染料、量子点、钙钛矿、室温磷光、纳米印迹光子阵列等，通过物理化学刺激、多色组合、利用复杂图案等实现编码安全。然而，由于自身的空间结构限制，这些防伪编码仅仅停留在一维或者二维的信息传递。相比之下，利用偏振衍生的手性发光材料，将大量有关视觉特征和空间结构的信息整合到一种复合材料中，可实现对每种信息进行编码或集成，从而大大提高防伪水平。纤维素纳米晶体（CNC）是一种来源丰富、绿色可持续的天然多糖聚合物，它可以进行自组装形成手性向列结构。本工作中，该团队将强手性的CNC系统与强发光的稀土配合物进行结合，制备出携带四种光学信息的手性光子复合膜。所获得的薄膜同时携带结构色、荧光、手性光和右旋圆偏振发光（CPL）信息，彼此之间可相互切换。基于这些多模式光学状态、湿度响应荧光或可调结构色、柔韧性和耐用性的综合特性，该光学系统在钞票防伪中表现出先进的应用潜力。同时，该材料还具有强CPL发射（不对称因子高达–0.36）、高绝对量子产率（66.7%）和偏振敏感的手性光学特性，这些研究将推动CNC光子材料在手性光学器件、光学探测器、视觉保护和手性传感等方面的应用。相关研究成果以“Multimodal, Convertible, and Chiral Optical Films for Anti-Counterfeiting Labels”为题，于近日发表在Advanced Functional Materials上。该工作的第一作者是大连化物所18T7组和二十八室博士研究生张福生。上述工作得到国家自然科学基金、我所创新基金、兴辽英才计划等项目的支持。（文/图 张福生、李琼雅）文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202204487

现如今，科技变化，日新月异，但是反而能源需求却越来越大，在解决传统石油或煤炭能源问题上，很多地方又出现了限电问题。因此，在保护环境的同时，为未来创造全球规模的可持续能源体系是当今人类面临的最重要的挑战之一。作为一种高能量密度、清洁高效能源，氢能逐渐走上了舞台。其中，电催化在清洁能源转换中起着核心作用，为未来的技术实现了许多可持续的过程。氢能的产生，储存及使用，每一步都有自己的技术壁垒，可谓是困难重重。让氢能从实验室向实际生活中的使用，也是经过科学家们数十年的努力。比如电催化析氧反应（OER），电化学技术不可或缺的组成部分和垫脚石，是一种在金属-空气电池和水电解池等多种能源存储和转换技术中具有关键作用的过程。开发具有低成本材料、工业相关活性和长期耐用性的OER催化剂是非常需要的，但在现阶段仍具有挑战性。基于过渡金属的替代品，如自组装Fe3O4纳米粒子有望在电催化析氧反应上发挥它独特的作用。如下图为高分辨率成像结果，纳米粒子在低的着陆电压下（1.5 kV），可以清晰的观察到Fe3O4纳米颗粒有规则的排列，通过测量发现每一个Fe3O4纳米颗粒尺寸大约为 12 nm。自组装Fe3O4纳米粒子当然，想获得这样一个高放大倍数（50万倍）的图像，需要一台纳米级别分辨能力的扫描电子显微镜。日立超高分辨冷场扫描电子显微镜Regulus8230，在1kV下的分辨率为0.7nm，配合减速功能，可以在1.5kV的加速电压轻松获得高扫描分辨率，高空间分辨率、无损伤的磁性样品的真实形貌。让科研可以更进一步。日立超高分辨冷场扫描电子显微镜Regulus8230公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 近日，中国科学院国家纳米科学中心、纳米科学卓越创新中心研究员唐智勇和副研究员李连山在具有刚性分子骨架的自组装多孔薄膜用于高效有机小分子分离的研究中取得新进展。相关研究成果Microporous membranes comprising conjugated polymers with rigid backbones enable ultrafast organic-solvent nanofiltration 于7月23日在线发表在《自然-化学》(Nature Chemistry)杂志 (Nat. Chem. 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0093-9)。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　当今工业过程中涉及大量的分离、纯化或者浓缩过程，因此分离技术成为现代工业中最重要的技术之一。目前，分离纯化过程主要依赖于高能耗的基于热的过程，例如蒸馏、蒸发、精馏等。据统计，化工工业中用于分离和纯化的能源消耗占据了全部能源消耗的一半，其中80%被蒸馏过程消耗。因此，开发低能耗、高效的分离纯化技术将极大降低能源消耗。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　膜分离过程是一种在选择性膜两侧施加压力差，使得待分离物质选择性通过膜从而实现分离的过程，这一过程的核心技术是高效、高选择性膜材料。这一技术在水纯化或者海水脱盐方面已经有了很成熟的应用，利用聚酰胺等聚合物材料的薄膜实现杂质或离子去除。然而，其在有机体系的应用相对滞后，这是因为大部分传统的一维聚合物材料在有机溶液中不稳定。其次，传统一维聚合物薄膜没有永久性孔，导致分离速度非常低下。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　为了同时解决高稳定性、高溶剂通量及高选择性的问题，唐智勇课题组选择了具有刚性骨架的自组装多孔聚合物材料。这种材料相比于传统的一维柔性聚合物材料有非常大的优势：第一，三维全共轭结构使得这类材料在任何溶剂中不溶，且具有很高的热稳定性 第二，刚性骨架支撑起丰富的自组装微孔，有利于溶剂的传输 最后，可通过化学手段对孔结构或尺寸进行调控。然而其三维刚性结构在解决了结构稳定性的同时，其不溶的特性也同时带来了材料成膜困难的问题。因此，如何获得高质量的薄膜是解决这类材料在膜分离领域应用的关键一步。受一维聚合物表面聚合的启发，该课题组在SiO sub 2 /sub 表面修饰初始聚合位点后进行表面聚合反应，通过精细控制表面修饰及聚合反应条件，获得了平方厘米级的无缺陷薄膜并成功转移至超滤膜多孔支撑层。分子截留测试表明，其对有机溶剂具有极高的稳定性，在同等选择性基础上，过滤速度较目前商用的一维柔性聚合物薄膜高出两个数量级。这一结果主要得益于这类材料永久性微孔结构及高孔隙率，使其有望成为新一代高效膜分离材料。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　国家纳米中心博士梁斌和助理研究员王会为文章的共同第一作者 唐智勇、李连山为共同通讯作者。 /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/5a4b40ad-e20b-47d9-9ef0-26d1a80e97c4.jpg" title=" W020180724535051727276.jpg" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em " 聚合物全刚性骨架支撑起自组装结构中高度联通的永久性微孔& nbsp /p

标题：Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism期刊: Food Hydrocolloids IF 10.7DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107378【论文摘要】 肽基水凝胶由于其突出的生物相容性和生物可降解性，在3D打印、伤口愈合、人工合成肉、生物传感器和药物递送等领域得到了关注。肽基水凝胶主要是通过化学合成和微生物重组的方法获得。合成肽的一个优点是可以根据具体需求进行设计和自组装。然而，合成肽在实际应用中还存在序列短、纯化低、分散性差和安全性低等问题。与合成肽相比，天然肽具有绿色、安全等优点，因此从天然来源蛋白质中生产自组装肽的相关研究就显得十分重要。 近日，北京林业大学课题组基于酶水解荞麦蛋白进行自然肽自组装研究，为以天然肽为基础合成水凝胶探索出新的道路。相关工作以《Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism 》为题，发表于国际SCI期刊《Food Hydrocolloids 》上。 值得注意的是，本文作者利用便携式芯片原子力显微镜nGauge完成了所有生物样品的形貌表征。便携式芯片原子力显微镜nGauge是由加拿大ICSPI公司设计研发的，具有小巧、灵活、方便携带、操作简单、扫描速度快、可扫描大尺寸样品、无需后续维护、无需减震以及超级稳定等优点，适合各类纳米表征应用场景，从科学研究、高等教育到户外工作用户的样品都能实现3D表面形貌快速成像分析，创新技术降低了传统AFM的复杂操作，也拓宽了传统AFM的应用范围！ 【图文导读】 图1. （A）荞麦蛋白及其水解液的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）和水解程度结果。（B）5.5%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。（C）12%的荞麦蛋白浓度的水溶胶。（D）12%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。图2. （A）荞麦蛋白浓度为12%的水凝胶随着水解时间硬度的变化。（B）水凝胶形成潜力和（C）硬度。BP（荞麦蛋白），BPH（120分钟水解产物），BSP（大分子样品）。图3. 利用便携式芯片原子力显微镜nGauge获得的（A1-A3）BP，BPH和BSP的形貌图，（B1-B3）BP，BPH和BSP的相位图和（C1-C3）BP，BPH和BSP的高度分析结果。扫描面积为5 x 5 μm2。图4. 利用nGauge便携式原子力显微镜获得的BP，BPH，BSP颗粒粒径的统计结果。图5. BP，BPH和BSP水凝胶的扫描电子显微镜结果。【论文结论】 北京林业大学课题组利用温和酶从荞麦蛋白中获得具有成胶能力的天然肽，代替合成肽制备水凝胶。研究人员研究了利用荞麦天然蛋白制备自组装肽的可行性，并获得了水凝胶。此外，还研究了通过水解产生的荞麦肽通过自组装形成具有良好物理性质水凝胶的机理。该研究为从植物蛋白中生产纳米尺度自由组装肽提供了路线，也为天然肽基水泥胶在依赖合成肽的一系列应用中提供了使用机会。

据美国物理学家组织网5月12日(北京时间)报道，美国杜克大学研究人员称，他们利用携带全部生命信息的DNA(脱氧核糖核酸)的独特双螺旋结构，将经过改造的DNA片段和其他分子进行简单混合，即可制造出无数个同样的、细小的、像华夫饼干一样的器件。利用这种技术，将来或只需一天时间就可达到现在全球每月的芯片生产量。 　　杜克大学电子和计算机工程学副教授克里斯德维耶认为，下一代电脑中或将不再使用硅芯片，而使用由DNA片段制造的逻辑芯片。 　　DNA由多对核苷酸碱基组成，这些碱基之间的关系非常密切，德维耶团队通过将这些碱基对以不同的顺序进行排列，得到了不同的DNA片段。这个过程类似于玩拼图游戏：混乱的拼图碎片会慢慢找到它们的邻居，最终成为一幅完整的拼图。研究人员要做的则是将无数个拼图碎片放在一起，然后拼出无数个同样的拼图。 　　在德维耶的实验中，“华夫饼干”“拼图”有16块，光敏分子放置在“拼图”的脊线上。当光线照射在光敏分子上时，光敏分子吸收光线，刺激电子，释放出的能量会使附近的另一类光敏分子吸收这些能量，并发射出不同波长的光线。仅用一个探测器就可将输出光线与输入光线区别开来。 　　研究证明，这些纳米结构能够有效地进行自组装，当在其上添加不同的光敏分子时，这个“华夫饼干”会显示出独特的“可编程”特性，因此，通过使用光线来刺激这些光敏分子，研究人员就能够制造出简单的逻辑门(开关)。使用更大一些的“华夫饼干”，可制造出更复杂的电路，而且这种可能性是无限的。 　　传统的电路使用电流快速地在“0”和“1”之间切换，而在新的器件中，光线可刺激由DNA制造的开关作出同样的反应，且速度更快。德维耶称，这是人们首次证明分子具有如此活跃且快速的处理和传感能力。 　　德维耶指出，这些“华夫饼干”器件可成为未来计算机芯片的基本组件。由于这些纳米结构从根本上来说就是传感器，因此，它亦可应用于生物医学。研究人员可据此制造出细小的纳米器件，以对作为疾病标识的不同蛋白作出反应。(刘霞) 　　谁要说原子弹可以做得像个“二踢脚”，你肯定得劝他回家量体温。有些事听着比这还要悬，但却千真万确。就说你正捏着这张报纸的大拇指吧，里面的遗传物质足够造出一台超级计算机的所有逻辑组件，而其潜在的计算和存储能力会让目前世界上功能最强大的计算机相形见绌。从16年前首次提出DNA计算机概念并证明其可行，到今天宣告“华夫饼干”式分子开关研发成功，实用的DNA计算机渐行渐近。关于它将如何改变人类生活，我敢断言，最权威的专家现在也只能看到皮毛。

有机磷农药，是指含磷元素的有机化合物农药。主要用于防治植物病、虫、草害，在农业生产中的广泛使用，导致农作物中发生不同程度的残留。有机磷农药对人体的危害以急性毒性为主，多发生于大剂量或反复接触之后，会出现一系列神经中毒症状，如出汗、震颤、精神错乱、语言失常，严重者会出现呼吸麻痹，甚至死亡。虽然在蔬菜上应用的剧毒、高毒有机磷农药大多已被列入禁限用范围，但实际生产中仍存在有机磷农药违法违规使用现象。因此，建立有机磷农药高效前处理和精准检测技术，严格控制其残留水平，对于保障蔬菜产品质量安全具有重要意义。近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所质量安全课题组探索出新型多孔复合材料（3DGA@COFs）的制备方法，并成功应用于蔬菜有机磷农药残留分析，为有效提高有机磷农药残留定量准确度和检测效率提供了新路径。相关研究成果发表在《食品化学（Food Chemistry）》上。据徐东辉研究员介绍，该团队创造性地通过三维石墨烯水凝胶（3DGA）的柔性表面引导COFs自组装生长，成功制备了3DGA@COFs复合材料，证实了该材料可有效吸附富集蔬菜中的马拉硫磷、喹硫磷和三唑磷等有机磷农药残留，并具有优异的再生性能。结合固相萃取技术，该研究成功地建立了一种灵敏度高、选择性强、重现性好的有机磷农药检测方法。在最优条件下，方法的最低检测限为0.01微克/升-0.14微克/升，线性范围检测覆盖了0.50微克/升-100微克/升，显著提高了有机磷农药残留前处理方法的准确性和稳定性。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家大宗蔬菜产业技术体系及中国农科院科技创新工程等项目的资助和农业农村部蔬菜质量安全控制重点实验室的支持。

建立持续、高效的策略应对果蔬的微生物腐败一直是食品领域的研究热点。近日，西北农林科技大学王建龙团队受植物绿叶“光合作用”的启发，开发了一种具有卓越的光动力杀菌活性的新型可见光捕获薄膜NHC-Cur-CS，实现了果蔬微生物源腐败的高效防治。该研究发表在国际食品期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies。西北农林科技大学博士研究生张亮为第一作者，通讯作者为西北农林科技大学食品快速检测王建龙教授。　　该研究发表在国际食品期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies。　　这种先进的薄膜是通过以需求为导向的定制工艺设计的，其中包括将姜黄素负载的富氮中空多孔碳填料的巧妙整合以及壳聚糖膜基质的合理选择。NHC-Cur-CS薄膜具有一系列令人印象深刻的抗菌特性，包括处理时间短和可见光照射下对细菌的高杀灭率。因而，NHC-Cur-CS薄膜展现出优异的保鲜性能，可将柑橘的保质期延长2.2倍。这些理想的结果源于两个方面的创新设计。Z型异质结的形成和独特的中空多孔结构，这两者都赋予NHC-Cur优异的光动力活性，以及NHC-Cur与CS的科学整合，缓解了两种材料在灭菌过程中单独使用的缺陷。此外，NHC-Cur的掺入不同程度地增强了NHC-Cur-CS薄膜的机械强度和阻隔能力，进一步为其实际应用奠定了基础。这些特性彰显了NHC-Cur-CS薄膜在有效保护易腐农产品腐烂方面的潜力。

【科学背景】钛碳化物（Ti3C2Tx）MXene纳米片由于其优异的机械性能和电导率，在航空航天和电子器件等领域显示出了广泛的应用前景，成为当前研究的热点。然而，将MXene纳米片有效地组装成宏观薄膜以应用于实际中却面临诸多挑战。现有的组装方法如真空过滤、刮刀涂布和空间限制蒸发法，尽管取得了一定的进展，但MXene薄膜的取向度和孔隙率仍然难以令人满意，导致其力学性能未能完全发挥。针对这些问题，北京航空航天大学的程群峰教授团提出了利用液态金属（LM）和细菌纤维素（BC）依次桥接MXene纳米片的新方法。通过此方法，LM纳米粒子有效地减少了薄膜中的空隙，而BC提供的氢键和LM的配位键显著增强了MXene纳米片之间的界面相互作用。结果表明，所制备的LBM薄膜不仅具有超强的拉伸强度，还具有优异的电磁屏蔽性能。【科学图文】图1：LBM薄膜的制备原理及表征。图2. LBM薄膜的界面相互作用表征。图3. LBM薄膜的力学性能和断裂机理。图4. 电磁干扰屏蔽效能的表现。【科学结论】本研究通过利用液态金属（LM）和细菌纤维素（BC）依次桥接钛碳化物（Ti3C2Tx）MXene纳米片，成功制备了超强的宏观LBM薄膜，为解决MXene纳米片组装中的关键问题提供了新的思路和方法。传统方法中，MXene薄膜常面临取向度不足、空隙多等挑战，限制了其在实际应用中的性能表现。LM纳米粒子的引入显著减少了薄膜的空隙率，而BC提供的氢键和LM提供的配位键则加强了MXene纳米片之间的界面相互作用，进一步提高了薄膜的应力传递效率。此外，新方法不仅改善了MXene薄膜的结构完整性，还赋予了LBM薄膜优异的电磁屏蔽性能，拓展了其在电子器件和航空航天等领域的潜在应用。这一研究不仅为MXene纳米片的可控组装提供了新的科学方法，也为其他二维纳米片材料的高效利用提供了借鉴。未来的研究可以进一步探索LM和BC在其他二维材料组装中的应用潜力，推动这些材料在能源存储、传感器和可穿戴设备等领域的广泛应用。文献信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257

【科学背景】随着纳米科技的迅猛发展，二维纳米材料作为一类重要的新兴材料，因其独特的电子、光学和机械性能，引起了广泛的关注。其中，钛碳化物（Ti3C2Tx）MXene纳米片由于其优异的机械性能和电导率，显示出在航空航天和电子器件等领域的巨大应用潜力。然而，将MXene纳米片从单层的优异性能扩展到宏观尺度的应用中却面临着诸多挑战。目前报道的组装方法如真空过滤、刮刀涂布和空间限制蒸发等，虽然在一定程度上可以制备MXene薄膜，但仍然存在诸如取向度不高、孔隙率较大以及界面相互作用弱等问题。例如，通过真空过滤制备的MXene薄膜取向度仅为0.64，其机械性能显著低于单层MXene的理论值。有鉴于此，北京航空航天大学的程群峰教授团队在“Science”期刊上发表了题为“Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal”的研究论文。一种新的制备策略——利用液态金属（LM）和细菌纤维素（BC）依次桥接MXene纳米片，被提出并成功实施。这种方法不仅通过LM纳米粒子有效减少了MXene薄膜的孔隙，还通过BC提供的氢键和LM提供的配位键显著增强了MXene纳米片之间的界面相互作用。研究结果表明，这种LBM薄膜不仅具有极高的拉伸强度，还表现出优异的电磁屏蔽效率，为MXene纳米片在宏观尺度应用中的进一步开发提供了新的思路和方法。【科学图文】图1：LBM薄膜的制备原理及表征。图2. LBM薄膜的界面相互作用表征。图3. LBM薄膜的力学性能和断裂机理。图4. 电磁干扰屏蔽效能的表现。【科学结论】本文克服钛碳化物（Ti3C2Tx）MXene纳米片组装过程中的关键挑战，提出了一种创新的策略，即利用液态金属（LM）和细菌纤维素（BC）依次桥接MXene纳米片，成功制备了超强的宏观LBM薄膜。通过LM纳米粒子的引入，有效减少了薄膜的空隙，同时利用BC提供的氢键和LM提供的配位键显著增强了MXene纳米片之间的界面相互作用。这些改进不仅显著提高了MXene纳米片在薄膜中的应力传递效率，还赋予了LBM薄膜优异的电磁屏蔽性能。这一研究不仅为MXene纳米片及其他二维纳米材料在高性能材料领域的应用提供了新的设计思路和解决方案，还展示了多层次、多材料协同作用的重要性和潜力。未来的研究可以进一步探索和优化这种组装策略，以扩展其在能源存储、传感器技术和柔性电子设备等领域的应用，从而推动纳米材料设计和制备技术的发展，实现更广泛的实际应用和产业化转化。文献信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在提升电子束蒸发沉积激光薄膜的长期性能稳定研究中取得新进展，实现了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束激光薄膜制备。相关研究成果发表在《光学材料快报》（Optical Materials Express）。电子束蒸发沉积薄膜因其激光损伤阈值高，光谱均匀性好且易实现大口径制备而广泛应用于世界上各大型高功率激光系统中。然而，电子束蒸发沉积薄膜的多孔结构特性易与水分子相互作用，使得薄膜的各项性能极易受环境条件（尤其是湿度）的影响。即便是在可控的环境下，电子束蒸发沉积薄膜的性能也会随时间而变化。该项成果提出了等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术，覆盖多孔电子束蒸发沉积薄膜的上表面和侧面，有效地将其与水汽隔离，制备出了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束蒸发沉积薄膜。同时，该水汽阻隔技术显著提升了电子束蒸发沉积薄膜的耐划性能，且提供了一种离线获得无水吸附时薄膜应力的方法。该项成果为提升电子束沉积薄膜的光谱和面形稳定性提供了途径，有助于解决高功率激光应用中电子束沉积薄膜随时间和环境变化性能不稳定问题。相关工作得到了国家自然科学基金、中科院青促会基金、中科院先导专项（B类）等支持。（薄膜光学实验室供稿）原文链接图1 等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术示意图图2 有、无全口径水汽阻隔膜的多层膜性能对比（a）峰值反射率处波长随时效时间变化（b）应力随时效时间变化

11月29日从扬州大学科技处获悉，该校化学化工学院成功研制一种新型生物电化学检测芯片，其核心是一款基于聚合物自组装膜制备的生物电化学传感器，它将使癌细胞的检测变得如同血糖仪检查一样简单，为癌症的提早预防提供可能。　　目前，国内各大医院常用的体液检测手段是免疫固定电泳法，其检测成本高、设备要求严、检测时间长，让大量的患者失去了治疗疾病的黄金时期。“我们科研团队以患者发病早期血液中会分泌出极其微量的单克隆球蛋白及游离轻链为契机，将识别此蛋白的抗体嫁接于电极表面的高分子微孔膜基体，通过二者的专一识别性，在电化学工作站的帮助下，放大成化学信号，成功实现在发病初期检查癌细胞的功能。”该项目负责人王天奕说。　　此技术目前在江苏省苏北人民医院进行临床试验，从样品采集到注入、检测和医疗分析等整个过程，仅仅耗时10分钟，且成本低、精确性好。该项技术与医院常使用的免疫固定电泳法相比，检测灵敏性提高了500倍。不仅如此，该项技术配套的检测设备成本仅8万元，降低了检测准入，可在中小城市及偏远地区得到广泛利用。　　据了解，作为一种新型生物传感器使用平台，此技术可以运用到更广阔的技术领域，如白血病、尿毒症、淋巴癌、肝癌等重症的提早诊断，甚至在环境监测、军用探测领域取得更长远的发展。目前，该团队已经发展出三代生物监测芯片，检测精度不断提升，成本也大幅下降，为工业化生产提供保证。

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2021年1月29日山西省政府与北京大学签署联合建立北京大学山西碳基薄膜电子研究院的协议，山西北大碳基薄膜电子研究院于近期正式成立。研究院在首席科学家北京大学彭练矛院士的带领下，以推动我国碳基纳米电子器件的发展为目标，旨在建设一个国家级创新平台和一条碳基薄膜器件加工和集成小试生产线，促进科研成果向产业化的推进。碳基芯片材料研究部依托北京大学化学学院李彦教授研究团队，主要开展用于芯片材料的碳纳米管的可控制备研究。现公开招聘研究人员，提供具有竞争力的待遇，一人一议。 岗位职责：1. 开展碳纳米管的合成、组装、表征等方面的创新性研究 2. 研究团队现有技术的放大和量产化。要求：1. 拥有化学、化工、材料、物理及相关专业的博士学位，具有从事纳米材料尤其是碳基纳米材料合成方面（熟悉化学气相沉积法或电弧放电法）的研究背景或工作经验；2. 应届硕/博士毕业生或者于近五年内取得硕/博士学位；3. 具有责任心和团队协作精神。申请材料请提交至：nmns@pku.edu.cn（邮件主题：应聘岗位+姓名+专业）工作地点：山西太原第一实验室（山西省太原市小店区南内环街16号）、北京大学（北京市海淀区颐和园路5号）、山西大学（山西省太原市坞城路92号）关于仪器信息网人才频道：成立20周年，聚焦科学仪器行业＆检验检测行业的，行业专属垂直招聘平台，让找工作变轻松。轻松选公司，每家都和行业相关专注于服务仪器厂商及上下游企业，检测机构，大院大所，学会/协会，政府机构等组织。轻松选职位，每个都和专业相关专注于提供真实有效的行业专属职位，覆盖高级管理，仪器销售，仪器研发，技术支持，检测分析，科研学术等就业机会。行业精英内推通道，欢迎联系“仪小才”，加微信rencaizhaopin1717。

导体材料是信息交互、电能传输和力、热、光、电、磁等能量转换的基础性材料，在航空航天、新能源汽车、电力线路等领域具有重要应用价值。随着大功率器件的发展，对轻量化、大载流、高导电性材料的需求越来越迫切。单根单壁碳纳米管（SWCNT）拥有极高的载流能力和电导率，载流能力比传统金属铜高出2~3个数量级，电导率更是银的1000倍以上。然而，当SWCNT组装成宏观薄膜的时候，由于碳管间电子/声子散射的影响，载流能力和电导率会显著降低，从而制约SWCNT薄膜在大功率器件领域的应用。 针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员康黎星等提出并研制了新型大载流、高导电碳纳米管复合薄膜材料。研究团队采用化学气相输运法将CuI均匀高效地填充到SWCNT管腔中，制备出CuI@SWCNT一维同轴异质结。SWCNT对CuI具有保护作用，保持了CuI的电化学活性，使其能够在恶劣的酸性环境和长期电化学循环下保持稳定性。研究通过电学测量发现，CuI@SWCNT薄膜相较于SWCNT薄膜具有更优的电导率和更强的载流能力，其载流能力提升4倍，达到2.04×107 A/cm2，电导率提升8倍，达31.67 kS/m。  SWCNT填充CuI后，SWCNT中电子流向CuI，导致SWCNT的费米能级降低；同时，CuI@SWCNT一维范德华异质结中SWCNT的结构未被破坏，载流子依然保持高效的传递速率，进而使得CuI@SWCNT薄膜具有更高的导电性和载流能力。CuI@SWCNT复合薄膜在未来高功率电子器件、大电流传输等应用中具有潜力。 相关研究成果以CuI Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotube Networks with High Current Carrying Capacity and Excellent Conductivity为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

2010年9月，美国康塔仪器公司(Quantachrome Instruments)隆重推出最新的薄膜孔径分析仪器， Porometer 3G。 　　该仪器是一款独特的全自动多功能分析仪，利用可侵润液体，如水，测定薄膜孔径及渗透率。与传统的压汞仪类似，Porometer 3G也是利用Washburn方程对孔径及渗透率进行计算。但是由于该仪器的测试原理为泡压法，使用的是可侵润的液体，如水，因此没有汞污染，无需实验室改造，更安全更便捷。同时该方法也是ASTM薄膜测定的标准方法 。 测试原理： 采用泡压法，即气体渗透法，测定被侵润样品在气流作用下的压力变化。 　　该方法同样以表面张力引起毛细孔中液体上升理论为依据.当毛细孔浸在某种液体中时，在表面张力的作用下，毛细孔中的液体将会上 升到某 一高度，当毛细孔中的表面张力与毛细孔中液柱重力达到力平衡，此时可按此计算薄膜孔径及渗透率( Washburn 方程)。 如需了解该仪器详细信息及具体参数，欢迎垂询。

p 　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院李鹏辉、喻学锋、罗茜等合作，成功开发出一种磁性可移动拉曼增强(SERS)检测芯片，实现了多种环境污染物的高灵敏度快速检测。相关论文Efficient Enrichment and Self-Assembly of Hybrid nanoparticles into Removable and Magnetic SERS Substrates for Sensitive Detection of Environmental Pollutants(《纳米粒子高效汇聚自组装构建磁性可移动拉曼检测芯片及其在环境污染物高灵敏检测中的应用》)发表于国际期刊ACS Applied Materials & amp Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.6b16141, 论文第一作者为深圳先进院唐思莹)。并且，团队与深圳市农产品质量安全检测检验中心合作，以相关技术制定了深圳市标准“养殖水中孔雀石绿的表面增强拉曼光谱快速检测方法”一项。 /p p 　　SERS检测技术因其免标记、灵敏度高、检测速度快、无损等优点，在食品安全、生命科学、环境监测等领域得到广泛应用。通常，具有小于10nm的窄间隙的贵金属纳米结构表面的等离子体共振效应可以引起非常有效的SERS信号，而液滴挥发自组装技术是一种可有效构建此种窄间隙结构的三维超晶格贵金属纳米阵列的方法。课题组成员唐思莹、李鹏辉和李泳等利用这一技术，成功制备了一种磁性可移动的SERS芯片，并实现了孔雀石绿、福美双、敌草快、多环芳烃等农药和环境污染物分子的高灵敏度检测。通过在多孔的特富龙薄膜表面构建的超润滑基底，使得液滴内的金纳米棒和磁性四氧化三铁纳米粒子在液滴挥发过程中高效聚集和自组装，得到可以脱离基底、在磁场下可控移动的三维超晶格结构。这种SERS芯片一方面由于高度有序排列的金纳米棒形成等离子体超晶格结构使其具有高灵敏度和高探测极限的优异SERS性能，检测极限可低至纳摩尔级别 另一方面由于其具有磁性，而能从复杂分析物中快速分离，此种SERS芯片适用于环境污染物的实地快速分析检测，拓宽SERS芯片在环境监测中的应用范畴。 /p p 　　课题组近年来在SERS检测芯片构建和SERS检测技术方向开展深入研究，在食品安全和环境污染物检测等领域取得了多项突破性进展(ACS Applied Materials & amp Interfaces, 2015, 7: 5391 Advanced Materials, 2016: 28: 2511，封面文章)，并申请相关发明专利5项。这些研究成果不仅可以实现高灵敏低成本SERS检测芯片的大规模制备，更重要的是为食品安全检测和环境监测等领域提供了可靠的快速光学检测技术。 /p p 　　上述研究受到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科创委基础布局项目等资助。 /p p 　　 p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" W020170411597448613795.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/b071ed9d-1dab-496c-87d6-15c7b30bbfae.jpg" / & nbsp /p p 　　(a)磁性拉曼检测芯片设计与制备示意图 (b)利用磁性拉曼检测芯片测试流程图 (c)不同浓度孔雀石绿拉曼增强谱图。 /p /p