一月两篇Nature系列顶刊—段镶锋、潘锋、申有青等近期成果汇总

浙大Nat. Commun.：等离子纳米反应器

在化疗-免疫联合疗法中，人们常用低/标准剂量的化疗来避免化疗诱导的骨髓抑制和对主体免疫系统的破坏。因此，在联合治疗中，如何在低化疗剂量下诱导免疫原性细胞死亡（特别是在耐药癌细胞中），就成为实现高效化疗-免疫联合治疗的关键。另外，由于抗体的肿瘤穿透能力较差，如何提升PD-1/PD-L1的抑制效率也是提高免疫检查点抑制疗法的重要课题。

IOX1增强化疗-免疫疗法示意图

浙江大学的申有青（通讯作者）团队报道了一种具有高效免疫治疗能力的小分子——5-carboxy-8-hydroxyquinoline (IOX1)，其与化疗药物DOX的结合能够显著降低多种肿瘤模型的生长。IOX1有效地下调了肿瘤PD-L1表达，同时其还能抑制癌细胞的多药耐药性从而提高DOX在胞内的富集能力，大大强化了DOX诱导的免疫原性细胞死亡。因此，IOX1和DOX的联合能够显著提高T细胞浸润和活性，并有效降低肿瘤免疫抑制性因子，从而有效清除肿瘤并实现长期免疫记忆效应。机制研究显示，IOX1抑制了组蛋白去甲基化酶JMJD1A，从而下调了β-catenin蛋白，最终降低了下游P-gp和PD-L1的表达。研究认为，JMJD1A在多种肿瘤类型中均有过度表达，因此IOX1为癌症治疗提供了一种无抗体的化疗-免疫联合治疗策略。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22407-6 

浙大Nat. Biomedical Engineering：可吸附细胞膜的两性离子聚合物药物载体

在肿瘤靶向的纳米药物递送过程中，纳米材料必须经历复杂的复杂的多步级联反应才能有效地将药物递送到肿瘤细胞内。然而，纳米药物固有的大尺寸（相对于小分子药物）和肿瘤微环境的致密性，使得纳米药物更加难以在实体肿瘤内渗透，导致无法将药物递送至远离血管的肿瘤细胞中发挥治疗作用。因此，肿瘤血管外渗困难和肿瘤组织渗透困难仍然是传统纳米药物难以克服的瓶颈。

OPDEA-PSN38胶束的肿瘤主动渗透机理示意图

浙江大学申有青（通讯作者）团队在前期工作的基础上，成功设计合成了一种含有三级胺氮氧结构的两性离子聚合物OPDEA，一方面，它表现出了不与蛋白质吸附而与细胞膜可逆吸附的吸附选择性，从而“隐蔽”在血液循环系统中实现长循环和肿瘤富集；另一方面，它的细胞膜选择性吸附可促使其快速地被肿瘤血管内皮细胞和肿瘤细胞摄取，从而触发主动转胞吞作用并实现高效的肿瘤血管外渗和肿瘤主动渗透。基于这一材料，研究制备了以OPDEA为亲水外层、以化疗药物7-乙基-10-羟基喜树碱（SN38）前药聚合物为疏水内核的纳米载药胶束（OPDEA-PSN38）。该胶束在经过尾静脉注射后能够可逆地吸附到红细胞上，并继而弱吸附在肿瘤血管内皮细胞上并触发其转胞吞作用。该纳米药物在多种荷瘤小鼠模型（包括肝癌原位模型和人源肿瘤异种移植瘤模型）中均表现出优异的抑瘤作用，在常规给药剂量下，它不仅能清除起始肿瘤大小为70 mm³的小肿瘤，也能清除起始肿瘤大小为500 mm³的大肿瘤，而且生物安全性良好，不会产生停药反弹等副作用。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00701-4

湖大&UCLA Nature：卷曲构建高阶范德华异质结构

二维材料及相关的范德华异质结构为集成化原子层提供了卓越的柔性。然而，至今为止获得的异质结主要是层数有限的低阶二维超晶格。由于在合成步骤中容易出现材料损坏和产率低等问题，制备具有交叠单元的高阶范德华超晶格依然困难重重。

合成卷曲结构示意图

湖南大学的段曦东和加州大学洛杉矶分校的段镶锋（共同通讯作者）联合提出了一种通过卷曲范德华异质结构来实现高阶范德华超晶格的直接方法。研究将CVD生长的SnS₂/WSe₂范德华异质结暴露在乙醇-水-氨混合溶液中，利用毛细作用力，驱动异质结与衬底分离并发生自发卷曲行为，从而成功构建高阶二维超晶格。这类超晶格的形成能够调节电子能带结构及其维度，导致输运特性发生半导体-金属转变，并产生角度依赖的线性磁致电阻效应。这一策略可扩展制备多种二维/二维范德华超晶格，以及包括三维薄膜在内的超二维材料，从而形成混合维度的范德华超晶格。这一研究阐释了生产高阶范德华超晶格的通用方法，同时也为基础研究和技术应用提供了丰富的材料平台。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03338-0

湖大&UCLA&人大Nat. Mater.：硒化铬纳米片的外延生长

二维范德华晶体中内生性铁磁性的发现激发了对二维极限的磁序研究，在磁性感测和信息存储等方面可能具有巨大的前景。然而，目前已知的大多数二维范德华铁磁体无法在平常环境中持久稳定，同时机械剥离等常见的制备方法又不具备高通量、有限可控的能力。由于这类铁磁体的原子级单层对于合成过程极度敏感，因此直接合成这类磁性材料难度非常大。

硒化铬纳米片的厚度可调合成

湖南大学的段曦东、中国人民大学的季威和加州大学洛杉矶分校的段镶锋（共同通讯作者）等人展示了可在无悬挂键的硒化钨衬底上轻松生长环境稳定性强的硒化铬纳米片。由此生长的硒化铬厚度可调厚度可调，最低可调至单层极限。这些硒化铬/硒化钨异质结构界面具有超分辨的摩尔超晶格，同时还展现出了可观的铁磁行为。不仅如此，研究还发现，暴露在空气中长达数月之后，该纳米片的表面粗糙度和磁性性质没有显著变化。计算研究表明，来自硒化钨衬底和与硒化铬夹层的电荷转移在纳米片磁序中扮演者重要的角色。研究认为，高度可控、厚度可调的硒化铬纳米片为基础研究提供了理想的研究对象，也在磁电、自旋器件领域展现出了应用前景。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-00927-2 

北大&美国陆军研究实验室Nat. Nnaotech.：钴酸锂正极材料的结构研究

锂电池作为新一代绿色储能器件在日常生活中扮演着重要的角色，近期针对钴酸锂正极的性能提升研究更是发展迅速。但是，这些研究无法从结构角度（这些材料的X-射线衍射没有明显的差别）给出钴酸锂稳定性提升的根本原因，因此钴酸锂在高电压下的性能改进方向仍不明朗。现有的表征技术如X射线衍射等难以揭示与性能相关的微观结构细节；同时仅能反映某个微区而无法给出更大尺度如单颗粒的结构信息。

钴酸锂材料在充电过程中结构演化的示意图

针对这一问题，美国陆军研究实验室的徐康和北京大学的林聪、孙俊良和潘锋（共同通讯作者）等人联合自主设计改良三维连续倾转电子衍射技术（cRED）,实现了高电压钴酸锂机理的微观结构研究。通过结合三维电子衍射表征在纳微尺度原子空间排列的有效度、高分辨透射电镜技术表征原子尺度排列有效性、原位的X射线表征充放电过程不同电压下结构演化、电化学气相色谱在分子尺度表征副反应产物等联动研究，对比了两种商业化钴酸锂正极（即高电压钴酸锂H-LCO和普通钴酸锂N-LCO）在不同充电截止电压下的单颗粒晶体结构，发现在高电压下影响钴酸锂结构稳定性的决定性因素是颗粒近表面区域的钴氧层结构平整性。量子化学计算揭示Co-O层的弯曲会使得层间距大的弯曲位置锂离子脱出较容易，因此在同样的电压下优先脱出从而使得层间距进一步扩大，使得Co-O层弯曲更严重，这样如同“骨牌效应”不好的因素在不断加剧，在电压不断升高时材料应力不断加大，当达到极限时出现结构破裂！因此，高电压充放电的结构稳定性这一重要发现，不仅有助于深入理解钴酸锂结构与性能的关系，为实现更高性能的钴酸锂正极提供了理论基础，同时也有利于其他层状正极材料的开发。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-00855-x

阿贡国家实验室&北大Nat. Energy：理解钴元素作用有利于发展无钴富镍正极

目前存在的钴来源瓶颈正对商业电池的生产产生负面的影响，同时也激发了少钴正极材料的研究。然而，对钴在正极容量和结构稳定性中起到的作用机制目前还知之甚少，同时也缺乏行之有效的钴取代物，这都使得在电池中完全清除钴无法实现。

原子占位分析

有鉴于此，北京大学的潘锋和阿贡国家实验室的陆俊、Khalil Amine（共同通讯作者）等人联合研究了富钴正极和锰取代无钴正极中的钴角色。研究证实了钴在快速容量和结构降解方面具有不可忽视的重要作用，并且还发现在高电势下钴比镍更具破坏性，更容易实现钴还原。不仅如此，锰取代物能够有效缓解钴的破坏作用，同时还能实现高电势功能。随着这些基础机制的发现，研究阐释了一系列含掺杂剂的锂镍锰材料，可作为无钴正极的理想候选对象。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41560-021-00776-y

本文由NanoCJ供稿。

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