納米材料

可儲(chǔ)氫的“納米巧克力”結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

據(jù)美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）期刊《ACS Nano》上發(fā)表的一項(xiàng)研究，德國(guó)電子同步加速器（DESY）團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新方法，可將納米粒子變成簡(jiǎn)單的儲(chǔ)氫庫(kù)。

具有高度揮發(fā)性的氫氣被認(rèn)為是未來(lái)很有前途的能源載體，可為飛機(jī)、船舶和卡車(chē)提供氣候友好型燃料，并允許生產(chǎn)氣候友好型鋼鐵和水泥——這取決于氫氣如何生成。然而，儲(chǔ)存氫氣的成本很高：要么將氣體保存在壓強(qiáng)高達(dá)700巴（壓強(qiáng)單位，1巴=100千帕）的加壓罐中，要么將其液化，這意味著須將其冷卻至-253℃。這2個(gè)過(guò)程都會(huì)消耗額外的能量。

DESY納米實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人安德雷斯·斯蒂爾領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新方法，將氫儲(chǔ)存在由貴金屬鈀制成的直徑僅為1.2nm的微小納米粒子中。鈀可以像海綿一樣吸收氫的事實(shí)早已為人所知。

這些微小粒子足夠堅(jiān)固，它們由稀有貴金屬銥制成的核也很穩(wěn)定，并附著在石墨烯載體上。斯蒂爾說(shuō)：“我們能夠?qū)⑩Z粒子以僅2.5nm的間隔附著在石墨烯上。這會(huì)形成一種規(guī)則的、周期性的結(jié)構(gòu)?！?/p>

斯蒂爾表示，接下來(lái)，研究人員希望確定使用這種新方法可以實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)密度。然而，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用之前，仍然需要克服一些挑戰(zhàn)。例如，其他形式的碳結(jié)構(gòu)或是比石墨烯更合適的載體，研究人員正在考慮使用含有微孔的碳海綿。（科技日?qǐng)?bào)）

“毛狀納米晶體”可減少癌癥藥物副作用

據(jù)近日發(fā)表在《今日材料化學(xué)》雜志上的研究，由美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)和寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所科學(xué)家組成的合作團(tuán)隊(duì)已設(shè)計(jì)出了一種應(yīng)對(duì)癌癥藥物副作用的方法。他們開(kāi)發(fā)以植物為基礎(chǔ)的“毛狀納米晶體”，可去除血液中多余的化療藥物。這一方案或?qū)Π┌Y治療方案產(chǎn)生重大影響。

毛狀纖維素納米晶是一種從植物細(xì)胞壁的主要成分發(fā)展而來(lái)的納米顆粒，經(jīng)過(guò)改造，其兩端都有大量的聚合物鏈“毛發(fā)”。這些毛發(fā)大大提高了納米晶體的潛在藥物捕獲能力，顯著超過(guò)了傳統(tǒng)的納米粒子和其他材料。

為了生產(chǎn)能夠捕獲化療藥物的毛狀纖維素納米晶體，研究人員對(duì)針葉木漿中的纖維素纖維進(jìn)行了化學(xué)處理，并在毛發(fā)上賦予負(fù)電荷，使它們?cè)谘褐邪l(fā)現(xiàn)的帶電分子面前保持穩(wěn)定。而傳統(tǒng)納米粒子暴露在血液中時(shí)，其電荷可能會(huì)變得惰性或減少，從而限制了它可以結(jié)合到的正電荷藥物分子的數(shù)量。

科學(xué)家們已嘗試了許多方法從血液中去除不必要的化療藥物，特別是廣泛使用的藥物阿霉素（DOX），但效果有待提升。研究人員此次在人血清中測(cè)試了納米晶體的結(jié)合功效后發(fā)現(xiàn)，每克毛狀纖維素納米晶體可從血清中有效去除超過(guò)6 000mg的DOX。與現(xiàn)有的其他方法相比，這意味著DOX捕獲量增加了兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)。

此外，DOX的捕獲是在加入納米晶體后立即發(fā)生的，并且納米晶體對(duì)全血中的紅細(xì)胞和人臍細(xì)胞的生長(zhǎng)沒(méi)有毒性或有害影響。除了從體內(nèi)去除多余的化療藥物外，毛狀纖維素納米晶體還可從體內(nèi)去除其他物質(zhì)，如毒素和成癮藥物。實(shí)驗(yàn)還證明了納米晶體在其他分離應(yīng)用中的有效性，例如從電子廢物中回收有價(jià)值的元素。（科技日?qǐng)?bào)）

科學(xué)家開(kāi)發(fā)一種新型生物可降解納米纖維支架

據(jù)報(bào)道，近日，美國(guó)康涅狄格大學(xué)研究人員在開(kāi)發(fā)了一種生物可降解壓電聚乳酸（pPLLA）納米纖維支架在施加外力或關(guān)節(jié)載荷下可以作為一個(gè)無(wú)電池電刺激器促進(jìn)軟骨形成和軟骨再生。

骨關(guān)節(jié)炎是一種常見(jiàn)的疾病，以美國(guó)為例，其成人患者數(shù)量就超過(guò)了3 250萬(wàn)人，目前的治療方法包括止痛藥和消炎藥，但只能緩解癥狀，無(wú)法將其治愈。研究表明，PLLA支架在受力或關(guān)節(jié)載荷作用下產(chǎn)生可控的壓電電荷，促進(jìn)細(xì)胞外蛋白吸附，促進(jìn)細(xì)胞遷移或招募，通過(guò)鈣信號(hào)通路誘導(dǎo)內(nèi)源性轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-β），促進(jìn)體外和體內(nèi)軟骨形成和軟骨再生。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，對(duì)嚴(yán)重軟骨缺損兔進(jìn)行PLLA支架和運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療后，可見(jiàn)透明軟骨再生，軟骨完全愈合并且富含軟骨細(xì)胞和II型膠原蛋白，而未采用PLLA支架僅進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療組則缺損未得到填補(bǔ)，愈合有限。

因此，該研究揭示了采用生物可降解壓電組織支架與受控機(jī)械激活（通過(guò)體育鍛煉）相結(jié)合的方法治療骨關(guān)節(jié)炎的可行性，并且該方法也可能適用于其他損傷組織的再生。（科技部生物中心）

科學(xué)家找到碳納米管手性和導(dǎo)電性調(diào)控新途徑

據(jù)報(bào)道，從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心獲悉，該中心先進(jìn)炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國(guó)立材料科學(xué)研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)、俄羅斯國(guó)立科技大學(xué)等單位合作，在碳納米管手性改造與分子結(jié)晶體管研究中取得最新進(jìn)展，為碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表于《科學(xué)》上。

半導(dǎo)體性碳納米管具有大長(zhǎng)徑比、無(wú)懸鍵表面、高載流子遷移率、室溫彈道輸運(yùn)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異電學(xué)性質(zhì)，因而被認(rèn)為是10nm以下高性能、低功耗晶體管溝道材料的有力候選。碳納米管的導(dǎo)電屬性取決于其螺旋（手性）結(jié)構(gòu)，通常制備出的碳納米管為金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管的混合物。雖然近年來(lái)碳納米管的結(jié)構(gòu)控制生長(zhǎng)與手性分離研究取得了較大進(jìn)展，但單根碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控仍是本領(lǐng)域研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

研究人員利用原位透射電子顯微鏡對(duì)單根碳納米管進(jìn)行原位加工、表征與測(cè)量，通過(guò)精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對(duì)碳納米管加熱并施加拉伸應(yīng)力，誘導(dǎo)其局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對(duì)變形前后碳納米管的手性進(jìn)行分析，在近30次連續(xù)手性轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。對(duì)以碳納米管為溝道的晶體管的電學(xué)輸運(yùn)特性進(jìn)行原位測(cè)試，結(jié)果表明該方法可實(shí)現(xiàn)碳納米管金屬性向半導(dǎo)體性的可控轉(zhuǎn)變。研究人員利用此方法制備出溝道長(zhǎng)度僅為2.8nm的金屬—半導(dǎo)體—金屬構(gòu)型碳納米管分子結(jié)晶體管，并觀察到其室溫量子相干輸運(yùn)性質(zhì)和法布里—珀羅干涉效應(yīng)。（科技日?qǐng)?bào)）

納米載體配方實(shí)現(xiàn)更可控免疫抑制為Ⅰ型糖尿病患者帶來(lái)新希望

據(jù)《自然·納米技術(shù)》報(bào)道，美國(guó)西北大學(xué)研究人員使用納米載體重新設(shè)計(jì)了免疫抑制劑雷帕霉素，利用其產(chǎn)生了一種新的免疫抑制形式，能夠保護(hù)移植物免受排斥反應(yīng)，且不會(huì)抑制更廣泛的免疫反應(yīng)。該方法或?qū)ξ磥?lái)糖尿病治療產(chǎn)生重大影響，亦可應(yīng)用于其他組織和器官的移植。

胰島移植已經(jīng)成為治療Ⅰ型糖尿病的一種潛在療法，它可使患者擺脫對(duì)胰島素的依賴(lài)。但這一療法并非一勞永逸，因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)會(huì)逐漸排斥新胰島，導(dǎo)致治療效果下降。目前的免疫抑制藥物對(duì)移植物的保護(hù)不足，且會(huì)帶來(lái)不良副作用。

此次，研究團(tuán)隊(duì)將納米載體和藥物混合物配制成有更具體效果的配方。這種納米顆粒不直接調(diào)節(jié)T細(xì)胞，而是被設(shè)計(jì)成可靶向和修飾抗原呈遞細(xì)胞（APC），從而實(shí)現(xiàn)更有針對(duì)性的、可控的免疫抑制。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的雷帕霉素口服方案及其納米載體配方對(duì)患有糖尿病的小鼠進(jìn)行了胰島移植和雷帕霉素聯(lián)合治療。觀察發(fā)現(xiàn)，藥物在小鼠身上副作用很小，糖尿病在100天的試驗(yàn)中被根除。研究團(tuán)隊(duì)還證明，與接受標(biāo)準(zhǔn)藥物治療的小鼠相比，接受納米藥物治療的小鼠具有“強(qiáng)大的免疫反應(yīng)”。研究人員表示，改變靶向細(xì)胞類(lèi)型，實(shí)際上改變了雷帕霉素實(shí)現(xiàn)免疫抑制的方式。（科技日?qǐng)?bào)）

新方法助力制備高光電性能鈣鈦礦納米晶

據(jù)報(bào)道，近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員韓克利團(tuán)隊(duì)在制備高質(zhì)量金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用鍺鹵化物作為理想的前驅(qū)體，設(shè)計(jì)了一種更有效、毒性更小的制備高光電性能金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶體的新方法，該方法可明顯改善納米晶的光電質(zhì)量。相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

鉛基和非鉛鈣鈦礦納米晶的三前驅(qū)體合成面臨著非常相似的挑戰(zhàn)，鹵化物前驅(qū)體的選擇主要局限于有毒并且高度易燃的有機(jī)鹵化物，大大限制了其大規(guī)模應(yīng)用。此外，這些有機(jī)鹵化物制備的大多數(shù)納米晶由于鹵素缺陷，導(dǎo)致其光致發(fā)光性能較差。很多無(wú)機(jī)金屬鹵化物又會(huì)將金屬陽(yáng)離子引入鈣鈦礦晶格，從而不可避免地改變目標(biāo)材料的晶體結(jié)構(gòu)。因此，尋找合適的化物前驅(qū)體是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。

研究中，該團(tuán)隊(duì)提出將全無(wú)機(jī)鍺鹽作為穩(wěn)定且低危險(xiǎn)性的鹵化物前驅(qū)體。不同于大多數(shù)其他無(wú)機(jī)鹵化物前驅(qū)體，由于鍺鹵化物中鹵素離子的釋放過(guò)程易于調(diào)控，有助于增加所得鈣鈦礦納米晶的鹵化物組成，從而減少或消除與鹵化物空位相關(guān)的陷阱態(tài)，因此，GeX4化合物不會(huì)將鍺元素傳遞到最終產(chǎn)物中，使得納米晶的發(fā)光強(qiáng)度、熒光壽命、光致發(fā)光量子產(chǎn)率和相穩(wěn)定性都得到了明顯改善。理論計(jì)算表明，鍺鹵化物在介電環(huán)境和熱力學(xué)中都提供了有利的條件，有助于形成尺寸受限的缺陷抑制納米粒子。該研究為制備高質(zhì)量的鈣鈦礦納米材料，以及調(diào)整其光電特性提供了一條可行性道路。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）

中科院化學(xué)所研發(fā)高彈性水凝膠材料

據(jù)報(bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的研究人員從高分子/納米顆粒相互作用調(diào)控角度出發(fā)，將高度枝化的二氧化硅納米顆粒引入到適度化學(xué)交聯(lián)的聚合物膠網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了一類(lèi)高含水量的純彈性納米復(fù)合水凝膠材料。

聚合物水凝膠，作為一類(lèi)通過(guò)化學(xué)交聯(lián)或物理相互作用形成的高分子三維網(wǎng)絡(luò)，因具有類(lèi)似于生物組織的高含水量而表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性，在組織工程、藥物釋放、生物傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)水凝膠的力學(xué)性能較差，其實(shí)際應(yīng)用受限。在含水量達(dá)96%的條件下，該類(lèi)納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出高達(dá)11.5倍的斷裂伸長(zhǎng)率。由于徹底消除了凝膠網(wǎng)絡(luò)中的能量耗散途徑，此類(lèi)納米復(fù)合水凝膠在循環(huán)載荷作用下幾乎沒(méi)有任何應(yīng)力回滯，表現(xiàn)出類(lèi)似于彈簧的純彈性力學(xué)行為。該行為還賦予此類(lèi)復(fù)合水凝膠材料優(yōu)異的抗疲勞性質(zhì)，水相環(huán)境下的動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試表明歷經(jīng)5 000次循環(huán)拉伸處理后，此類(lèi)納米復(fù)合水凝膠依然能維持其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的完整性。

基于此類(lèi)材料獨(dú)特的純彈性力學(xué)行為，研究還構(gòu)建了離子型應(yīng)變傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小振動(dòng)的高靈敏度檢測(cè)。（中國(guó)化工報(bào)）

核殼納米顆粒新材料可有效抑癌

據(jù)報(bào)道，安徽醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院錢(qián)海生教授課題組制備出一種新型生物材料——核殼納米顆粒新材料，可有效抑制腫瘤的生長(zhǎng)。相關(guān)成果日前發(fā)表于《生物活性材料》。

光熱增強(qiáng)光動(dòng)力療法已經(jīng)被認(rèn)為是一種有效、非侵入性的癌癥治療方式。因?yàn)檫m當(dāng)水平的熱效應(yīng)可以增加腫瘤內(nèi)的血流量，隨后將更多的氧氣輸送到腫瘤中，即使在嚴(yán)重缺氧的實(shí)體腫瘤中也能產(chǎn)生協(xié)同或聯(lián)合治療結(jié)果。

在前期研究中，課題組發(fā)展了一種制備金屬硫化物以及硫化物包覆其它納米結(jié)構(gòu)的方法。在該方法的基礎(chǔ)上，課題組克服晶格不匹配的問(wèn)題，成功制備核殼納米顆粒新材料。該材料展現(xiàn)出對(duì)腫瘤生長(zhǎng)明顯抑制的作用，在近紅外光照射下顯示了增強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)化和良好的活性氧生產(chǎn)能力，達(dá)到了光熱/光動(dòng)力協(xié)同治療腫瘤的效果。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）

石墨烯納米帶制備研究取得進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室研究員于貴課題組在石墨烯二維材料的制備策略、性能及其應(yīng)用方面開(kāi)展了系列研究。前期工作中，科研人員對(duì)具有扭轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯的制備策略及其獨(dú)特性能進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)；進(jìn)一步綜述了扭角多層石墨烯及其異質(zhì)結(jié)的制備方法，并回顧了多種類(lèi)型的異質(zhì)結(jié)自上而下的制備策略；此外，科研人員總結(jié)了不同類(lèi)型的襯底用以制備高質(zhì)量石墨烯及其在電子學(xué)方面的應(yīng)用。由于本征石墨烯的零帶隙限制了其在光電器件中的應(yīng)用，因此科研人員分析總結(jié)了石墨烯納米帶自下而上的生長(zhǎng)策略，通過(guò)調(diào)控石墨烯納米帶的寬度、邊緣結(jié)構(gòu)等可以實(shí)現(xiàn)帶隙調(diào)節(jié)。

快速、大面積、低成本制備高質(zhì)量石墨烯納米帶的方法仍有待發(fā)展。最近，課題組和清華大學(xué)教授徐志平團(tuán)隊(duì)合作通過(guò)調(diào)控化學(xué)氣相沉積過(guò)程中的生長(zhǎng)參數(shù)，直接在液態(tài)金屬表面原位生長(zhǎng)出大面積、高質(zhì)量的石墨烯納米帶陣列。研究表明，將氫氣的流速控制在相對(duì)微量的狀態(tài)，同時(shí)以液態(tài)金屬作為催化基底，可以引入一種新型的梳狀刻蝕行為，從而調(diào)控石墨烯的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用梳狀刻蝕控制石墨烯的生長(zhǎng)可以將傳統(tǒng)的薄膜生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)一維的線性生長(zhǎng)，從而直接制備高質(zhì)量、大面積的石墨烯納米帶陣列。通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，可以將石墨烯納米帶的寬度縮小至8nm，并且長(zhǎng)度大于3μm。該工作為大面積、快速制備石墨烯納米帶的研究奠定了基礎(chǔ)。（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所）