顶刊动态｜4月份Nature nanotechnology材料前沿科研成果精选

Nature nanotechnology 4月成果预览：美国布兰代斯大学科学家总结了纳米和微米尺度反应扩散过程的综述内容；瑞士日内瓦大学科学家研究了超薄MoS2 晶体的超导电性；美国乔治敦大学学者采用外延石墨烯量子点制备高性能的太赫兹测辐射热计；美国麻省理工学院研制出接近理论极限的冷侧热发射钨灯丝；苏黎世联邦理工学院发明了一种可全面净化水体的淀粉-活性炭复合膜；马萨诸塞州总医院和哈佛医学院发现一种可同时控制肿瘤生长和抑制治疗逃脱的光敏多重抑制剂。

1. 综述：微纳米尺度的反应扩散过程

过去的二十年中，采用初级组元（分子、胶体粒子等）自底向上制备纳米或微米尺度结构的技术取得了巨大进展。但是大部分研究只针对结构本身，对动态和时空方面的理解还处于较初级的阶段。美国科学家Irving R. Epstein等人从活细胞中得到灵感：应该超越结构的制备，关注纳米尺度的动态过程。

他们首先介绍了细胞在纳米尺寸上进行自组装，自组织和反应-扩散等基本特征。着重讨论了近期在设计和控制以上生命特征方面取得的进步，具体描述了几个反应扩散过程的例子，正是这个过程产生了自组装、自组织、独特的纳米结构、化学波等结果，并论证了它们的普适性。最后，他们对未来在微纳米尺度上反应扩散过程相关的研究方向进行了一定预测，并表示这些研究对纳米科学以及新型化学运输、化学沟通和与生命系统的集成等方面的纳米科技都有很大前景。

文献链接：Reaction–diffusion processes at the nano- and microscales

2. 单原子层厚度MoS2 晶体的超导电性

众所周知，当物质达到原子尺度时，多层范德华材料在电性能方面就会表现出非常奇特的转变。观察到相关的现象或结果比较容易，但是系统研究厚度变化对该结果的影响就相对困难。
瑞士科学家Davide Costanzo等人通过多层片状MoS2晶体（单分子层到块体材料）系统研究了厚度与超导电性的变化规律，取得了开创性的成果。他们发现，随厚度增加，超导性显著降低，并讨论了可能的微观机制。

单分子层MoS2的超导电性

文献链接：Gate-induced superconductivity in atomically thin MoS2 crystals

3. 外延石墨烯量子点制备高性能的太赫兹测辐射热计

由于低电热容和虚弱电子声子耦合性，光能的吸收将影响石墨烯的电子温度。这一特性使石墨烯成为太赫兹频率下热电子测辐射热计需要用的候选材料。但是温度变化引起的电阻微弱变化限制了其对吸收能量的响应。

美国乔治敦大学学者提出，SiC外延生长的石墨烯量子点的电阻表现出强烈的温度依赖性，该结果是其他热电子辐射计高五个数量级。

石墨量子点电功率与温度的相对关系

文献链接：Epitaxial graphene quantum dots for high-performance terahertz bolometers

4. 白炽光源的再利用-冷侧热发射钨灯丝

由于太阳光谱和电池吸收原件的不匹配限制了太阳能电池的吸收效率，而白炽灯在使用过程中大量能源以热能的形式散失了。而避免浪费的重要方式是根据使用要求调整热发射光谱，该策略已经成功地应用到在中等温度下的光子晶体发射器中，但是高温下（>1000K）却很难发挥该策略的优势。

因此，美国麻省理工学院Ognjen Ilic等人提出一个简单的方法，由冷侧纳米光子干涉系统包裹的白炽灯钨丝(3,0 00 K)来发射红外线和可见光，使得白炽灯钨丝的发光效率 (∼40%)超过目前所有的照明技术，并接近照明应用的极限。

冷侧热发射钨灯丝的使用潜力

文献链接：Tailoring high-temperature radiation and the resurrection of the incandescent source

5. 可全面净化水体的淀粉-活性炭复合膜

工业发展、能源生产和矿产开采等导致了环境污染物的的急剧增多，如重金属离子、金属氰化物和核废料等。目前针对被污染水体的净化技术都需要高昂的成本，并只针对某种单一的离子，因此，急需发展一种新型的净水技术。

最近，苏黎世联邦理工学院的研究人员发明了一种低成本的净水材料，是一种用蛋白质淀粉纤维和多孔活性炭制备的复合膜结构材料，它可以清除水中的重金属离子和放射性废料等。经过一次过滤可以将水中的重金属离子浓度降低三到五个量级，并可进行多次循环，而且它们的效率可在同时过滤好几种离子时保持不变。这种复合膜材料的净化能力主要是因为淀粉可从溶液中选择性吸收重金属离子。饱和后的复合膜可通过热还原法回收它所吸收的贵重金属，并用来制备金属纳米粒子或薄膜。

a：β乳球蛋白与重金属离子结成最强键合；b：固定了重金属离子的淀粉纤维；c：淀粉纤维-碳吸收净化重金属离子的示意图

文献链接：Amyloid–carbon hybrid membranes for universal water purification

6. 综述：一种可同时控制肿瘤和抑制治疗逃脱的光敏多重抑制剂-纳米脂质体

纳米药物运载工具可通过促进药物对肿瘤选择性释放来增强多式癌症疗法。然而这种方法疗效有限，因为癌细胞会发展路径来抵制和规避治疗。

光敏多重抑制剂-纳米脂质体（PMIL），会引发光敏细胞毒作用并同时促进光敏抑制剂的持续释放，进而抑制肿瘤的再生和阻碍治疗逃脱信号途径。所述PMIL包括在脂质双层掺杂光敏发色团（苯并卟啉衍生物，BPD）的纳米脂质体，以及封装有卡博替尼（XL184），一种多激酶抑制剂的纳米颗粒。当PMIL静脉内给药后，近红外肿瘤照射会触发肿瘤细胞和微血管的光动力损伤，同时启动肿瘤内XL184的释放。

单PMIL治疗实现了两种小鼠模型中长期肿瘤的减少，并抑制了原位胰腺癌肿瘤模型中癌细胞的转移。该PMIL通过控制药物释放的时间和空间和降低全身药物暴露和相关毒性的风险，为治疗癌症提供了新前景。

上图为使用PMILs来进行时间-时空同步结合疗法的概念示图。近红外光会激活肿瘤微脉管系统内的PMILs，同时损伤软组织新生血管，使得肿瘤细胞凋亡和坏死，以及破坏脂质体来启动持续的多重激酶抑制。该PMIL输送系统可同时传送光动力抑制剂、化学药物和小分子抑制剂，并可对其进行调控。

文献链接：A photoactivable multi-inhibitor nanoliposome for tumour control and simultaneous inhibition of treatment escape pathways

本文由材料人编辑部学术组claire供稿，材料牛编辑整理。

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