纳米钛酸铅前驱体铅

蛋白质是构建生命体的基本物质之一，在合成、催化和信号传感等所有生命活动中均承担着重要的功能。开发一种可靠、高效的蛋白质测序技术对于理解生命过程和揭示疾病机理而言至关重要。作为构成蛋白质的组成片段，多肽，成为打开蛋白质这扇大门的“钥匙”。纳米孔测序技术是近年来新兴的一种单分子测序技术，其中多肽纳米孔测序仍面临诸多挑战。近日，南京大学化学化工学院研究团队在国际知名期刊《纳米快报》杂志发表论文，他们利用纳米孔错位测序技术，像在水井里提绳打水一样，构建了多肽-DNA嵌合链，用DNA测序酶与DNA的结合，通过DNA的移动，带动多肽分子在纳米孔内的棘轮运动，从而实现了多肽的纳米孔测序，破解了技术瓶颈。无法进行序列扩增，制约蛋白质测序灵敏度蛋白质，组成人体一切细胞、组织的重要物质，可以说，没有蛋白质就没有生命。而蛋白质的功能是由蛋白质的序列决定的，序列的微小改变，可能导致蛋白质失去生物活性或者诱发疾病。如果能为蛋白质测序，就可以确定蛋白质是否有序列变化，判断是否会对人类健康有影响。“与核酸检测不同，目前蛋白质测序的难点在于，缺乏有效的序列扩增方法，技术发展上停滞不前，主要靠质谱法和埃德曼降解法来测序。”该篇论文的通讯作者、南京大学化学化工学院教授黄硕说。通俗地说，质谱法是用生物酶将蛋白质分解成很多多肽片段，再通过质谱仪器检测，确定蛋白质片段的信息，最终将这些片段重构成蛋白质序列。而埃德曼降解法是用化学方法将蛋白质N端的一个氨基酸切下来进行鉴定，再进行第二轮的氨基酸切割和鉴定，多次循环操作后，确定氨基酸的序列。但在黄硕看来，这两个方法都有局限性。“相较于DNA和RNA测序，构成蛋白质的氨基酸种类更多，质谱法的检测难度大于核酸测序。而对埃德曼降解法来说，它只能对单一的蛋白质样品序列解析，如果降解的样品纯度不够，混合有多种蛋白质样品，那么被切下来的氨基酸就会有很多种，就无法确定哪个氨基酸来自哪个蛋白质的，无法判断蛋白质的序列。另外，还有一些肽段的末端是封闭的，就不能用降解法。”黄硕介绍。更重要的是，由于无法实现序列扩增，蛋白质测序的灵敏度度较低，这意味着无法检测自然界中一些丰度很低的蛋白质样品。黄硕认为，利用现有的技术，复杂环境中的蛋白质，难以直接测序，比如体液、土壤、水体中的蛋白质样品，要先做一些纯化、富集，达到测序的样品标准，才能在质谱仪中测序。同时，蛋白质的化学修饰很丰富，这也有可能干扰蛋白质测序。借助DNA与酶的反应，牵引肽链在纳米孔中可控运动完成测序能不能找到一种更微观的测序方式，只用一个分子就能为蛋白质测序？从2015年开始，纳米孔测序技术进入黄硕课题组研究视野。纳米孔测序技术是近年来新兴的一种单分子测序技术，已在DNA和RNA测序方面取得成功，它通过让单链的核酸通过纳米孔，通过纳米孔内的检测器获得核酸链的碱基信息。“如果能在单分子水平上为蛋白质测序，将为检测低丰度蛋白和单细胞蛋白质组学提供极高的灵敏度。”受此启发，黄硕课题组开始研究，用纳米孔测序技术，进行蛋白质或多肽的单分子测序。但是多肽纳米孔测序仍面临诸多挑战，其中一个主要的困难是如何实现多肽在纳米孔中可控的棘轮运动，而这主要受限于目前没有和肽链相匹配、有很强的亲和力的多肽测序酶。“棘轮运动指的生物高分子贴着纳米孔的内壁，顺着同一个方向做匀速、定向运动，类似于附着在齿轮内壁上移动一样，这需要找到一种酶来控制多肽的运动速度，从而控制它穿过纳米孔的速度，以精准测序。”此前，黄硕课题组曾尝试对非天然核酸测序，但是苦于没有找到合适的酶来匹配棘轮运动，后来，他们突发奇想，利用纳米孔的错位效应来测序，并开创了纳米孔错位测序技术。“核酸的纳米孔识别位点和酶的反应位点，有一个固定的约14-15个碱基的错位，这就形成了一个测序窗口，可以利用这个不受酶反应限制的窗口，实现多肽的测序。”黄硕说。纳米孔错位测序技术能否应用在多肽测序领域？近期，黄硕课题组在技术验证时发现可行。在此次研究中，他们将多肽和DNA嵌合成一条链条，嵌合链的DNA部分为“牵引链”，在检测过程中，DNA测序酶与DNA结合，通过拉动DNA部分，牵动整条链条在纳米孔中的可控棘轮运动，实现多肽的纳米孔直接读取。黄硕打了个比方，“这就相当于用绳子在井里提水桶，如果井是纳米孔的话，井绳就是DNA，水桶就是多肽。‘井口’的DNA测序酶拉动DNA在纳米孔内移动，而DNA又与多肽嵌合在一起，DNA的移动，也就直接拉动了多肽的移动，从而实现了多肽的纳米孔测序。”黄硕介绍，经验证，多肽的纳米孔测序信号表现出高度的一致性和序列相关性，由单氨基酸替换引起的电流变化也能被清楚地检测到。通过将多肽的N端或C端与DNA驱动链进行偶联，实现了对多肽两端氨基酸序列信息的读取。“这意味着，可以对蛋白质单分子进行测序，这为今后的蛋白质高通量测序，蛋白质重构，提供了一个全新的工具。”黄硕说，借助蛋白质序列研究，可以对蛋白质的功能进行预测，从而帮助理解、解释相关生命活动。

蛋白质是构成生物体的主要成分，同时也是生命活动的主要承担者。具有生物学功能的蛋白质往往具有特定的空间结构，而蛋白质结构在多个层级上被定义，其中一级结构，即氨基酸的种类和排列，最为重要，它可以决定蛋白质的高级结构。但一直以来，想要直接读取蛋白质的一级结构是十分困难的，在大多数情况下，科学家们会根据基因序列和氨基酸密码子表来“破译”蛋白质的氨基酸序列。然而，由于转录后修饰和翻译后修饰的存在，破译结果并非完全正确，甚至与真实的氨基酸序列有很大差异。2021年11月4日，荷兰代尔夫特理工大学的研究人员在 Science 期刊上发表了题为：Multiple rereads of single proteins at single–amino acid resolution using nanopores（利用纳米孔在单氨基酸分辨率下对单蛋白质进行多次重读）的研究论文。该研究利用纳米孔测序技术成功扫描并读取单个蛋白质的氨基酸序列：线性化的DNA-肽复合物缓慢通过一个微小的纳米孔，根据电流的变化和强度，研究人员就能读取相关的蛋白质信息内容，直接对蛋白质的氨基酸序列进行测序。蛋白质是生命活动的主要承担者。事实上，所有生物的蛋白质都是由大约20种不同的氨基酸组成的长肽链，就像项链上有不同种类的珠子一样。遗憾的是，目前的蛋白质测序方法价格昂贵，而且不能检测许多稀有蛋白质。近年来发展起来的纳米孔测序技术，已经能够直接扫描和排序单个DNA分子。如今，这篇发表在Science 上的研究表明，我们完全可以以类似于DNA纳米孔测序的方式直接读取蛋白质的氨基酸序列。本研究的通讯作者 Cees Dekker 教授表示：在过去的30年里，基于纳米孔的DNA测序已经从一个想法发展成为一个实际的工作设备，并成功开发了商业化的便携式纳米孔测序仪，服务于价值数十亿美元的基因组测序市场。在我们的论文中，我们将纳米孔的概念扩展到单个蛋白质的读取。这可能会对基础蛋白质研究和医学诊断产生重大影响。牛津纳米孔开发的纳米孔基因测序仪直接读取氨基酸序列对于如何利用纳米孔读取肽链中的单个氨基酸的特征，这篇论文的第一作者 Henry Brinkerhoff 博士打了一个形象的比喻：“想象一下，一个肽链中的氨基酸链就像一条项链，上面有不同大小的珠子。然后，你打开水龙头，慢慢地把项链送入下水道，也就是纳米孔。如果在某个时间点是一颗大珠子，它会堵塞下水道，那里面的水也就成了涓涓细流。相反，如果是一颗小珠子，那么下水道剩余的空隙就会比较大，水流也更大。”用纳米孔肽阅读器直接读取氨基酸序列因此，通过这项技术，研究人员可以非常精确地测量纳米孔的电流大小，并以此推测相应的氨基酸种类。更关键的是，这个过程并不会影响肽链的完整性，因此我们能够一次又一次地读取单个肽链，然后对所有数据进行拟合，从而以基本上100%的准确率获得肽链的序列组成。解旋酶（红色）拖动连接了多肽（紫色）的 DNA 分子（黄色），使其缓慢通过纳米孔（绿色），从而通过读取电信号（橙色高亮）表征多肽的氨基酸序列。条形码般的识别精度为了进一步验证这项技术的准确性，研究人员改变了肽链的某个氨基酸，然后能够检测到显著差异的电信号，表明该技术是极其灵敏的。事实上，这项新技术在识别单个蛋白质和绘制它们之间的细微变化方面非常强大，打个形象的比方——就像超市的收银员通过扫描条形码来识别每个产品一样。这也可能为未来的蛋白质从头测序提供新的途径。纳米孔肽阅读器可以区分单氨基酸替代的单肽Henry Brinkerhoff 博士表示：这项方法可能为未来蛋白质测序奠定基础，但就目前来说，蛋白的从头测序仍然是一个巨大的挑战。我们仍然需要大量描述来自不同序列的电信号，以便创建一个对应电信号和蛋白质序列的“密码表”。但即便如此，该研究已经能够成功分辨蛋白质序列中的单个氨基酸的改变，这无疑是一项重大进步，也将产生许多直接应用。看见生物学的“暗物质”暗物质，是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。在细胞中，存在许多不可知的“暗物质”——翻译后修饰导致的数百万种蛋白质变异。这些蛋白质变异无法通过基因序列进行预测，但纳米孔蛋白测序技术的出现扭转了这一情况，利用目前的纳米孔肽阅读器，研究人员可以直接观测这些“生物学中的暗物质”。反复读取单个蛋白以提高准确率为了方便理解，通讯作者 Cees Dekker 教授打了一个比喻：项链上的珠子并不只是大小不同，还可能颜色不同，比如一些红色的珠子上代表附着一个磷酸基，另一些蓝色的珠子上代表附着一个糖基。这些变化对蛋白质功能至关重要，同时也是癌症等疾病的标志。我们的新方法将能够检测到这些变化，从而为癌症等疾病的检测和治疗提供新的理论依据。结语总而言之，这种能够直接读取蛋白质序列的蛋白质组学工具对于细胞生物学的研究和应用具有重要意义。该研究展示了一种基于纳米孔的单分子肽阅读器，它利用DNA解旋酶Hel308将DNA-肽结合物通过生物纳米孔MspA，根据电流变化读取线性化蛋白质的氨基酸序列。更重要的是，这种方法可以区分单个氨基酸的变化，具有高保真度和高通量潜力。这种单分子肽阅读器标志着蛋白质鉴定的新突破，并为单细胞内的单分子蛋白质测序和分类开辟了道路。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4381

先进半导体材料的发展，已经成为国家战略发展的重要内容。而无机杂质分析和质量控制是半导体制程中非常重要的一环。为了助推集成电路产业发展，作为半导体无机分析的领导者，安捷伦科技于 2020 年 1 月 9 日，在上海举办了“安捷伦半导体论坛无机元素分析论坛”。来自全国的集成电路产业超过 100 名代表参加了本次论坛。来自日本和台湾地区的半导体无机分析专家，高纯试剂供应商 QC 专家，以及半导体在线元素分析，高纯气体分析等解决方案的供应商，分享了在半导体无机分析最先进分析技术，最热门的客户需求，以及最前沿的解决方案，共同为大家带来一场集成电路无机杂质分析技术盛宴。图为：论坛现场首先，安捷伦大中华东大区整机销售总经理杨挺先生做了精彩的欢迎致辞。图为：安捷伦科技大中华东大区整机销售总经理杨挺ICP-MS 已经成为半导体制程中痕量元素分析的标准技术。面对半导体制程一路快速发展，痕量元素分析的要求也越来越高。作为半导体行业无机分析解决方案的领导者，自 20 世纪 80 年代后期以来，安捷伦与领先的半导体制造商和化学品供应商密切合作，开发一系列 ICP-MS 系统和应用。安捷伦 ICP-MS 半导体元素分析的创新之路安捷伦原子光谱研发总监 Matsuzaki 先生带来了《安捷伦 ICP-MS 半导体元素分析中的创新之路》的报告，回顾了半导体客户对于仪器稳定性和基体耐受性的核心需求，安捷伦从冷等离子体技术到世界上第一台串接 ICP-MS，实现的一次次技术提升，以及对未来 ICP-MS 技术发展的展望。图为：安捷伦原子光谱 R&D 总监 Toshifumi Matsuzaki 亚太地区半导体全新分析技术客户不断提升的需求，驱动着安捷伦不断技术创新。来自台湾巴斯夫无机事业部品质管理经理，负责巴斯夫全球实验室的技术支持的許卿恆先生，做了名为《亚太地区半导体全新分析技术》的报告，分享了半导体制程飞速发展中对检测技术革新最直接的感受，以及利用安捷伦 7900 ICP-MS\8900 ICP-MS/MS 实现越来越严格半导体无机杂质质控要求的故事。图为：台湾巴斯夫无机事业部 品质管理经理 許卿恆ICP-MS/MS 测定有机溶剂中氯的分析技巧来自安捷伦日本，有着超过 30 年半导体 ICP-MS 应用研发经验的安捷伦的高级应用科学家Mizobuchi 先生带来了半导体领域又一个无机杂质质控难题攻克的故事：《ICP-MS/MS 测定有机溶剂中氯的分析技巧》。图为：安捷伦日本 ICP-MS 高级应用科学家 Katsuo Mizobuchi单纳米颗粒 ICP-MS 分析的最新趋势随着半导体制程线宽越来越窄，可能一个纳米级别的不溶性颗粒，都有可能造成不合格产品。关注半导体行业多年的安捷伦半导体 ICP-MS 应用专家 Shimamura 先生做了名为《单纳米颗粒ICP-MS 分析的最新趋势》的报告，介绍了安捷伦强大的应用研发团队和客户开发了利用 ICP-MS 分析高纯试剂中单纳米颗粒的最近技术进展。图为：安捷伦日本 半导体行业 ICP-MS 应用专家 Shimamura Yoshinori半导体无机杂质在线分析最新成果除了 ICP-MS 最前沿的技术进展，本次半导体论坛，安捷伦合作伙伴也分享了最新应用。来自德国 PVA Tepla 公司，VDP 事业部的经理 Robert Beikler 博士分享了 VPD 分析中的全自动液体处理和超痕量测试解决方案。图为：德国 PVA Tepla 公司 VDP 事业部经理 Robert BeiklerIAS Inc. China 的陈登云先生，带来了气体在线分析解决方案《最新气体分析和单纳米颗粒 ICP-MS 新进样系统介绍》。图为：IAS Inc. China 技术总监 陈登云本次论坛，来自半导体无机杂质分析各领域的专家分享了精彩的报告。来自全国的集成电路产业链的参会代表与演讲嘉宾，对无机杂质分析领域最前沿而分析技术，以及最热门的解决方案做了充分的沟通和交流。关于安捷伦科技安捷伦是生命科学、诊断和应用化学市场领域的领导者。公司为全世界的实验室提供仪器、服务、消耗品、应用与专业知识，以帮助客户获得他们所寻求的深入见解。安捷伦的专业知识和深受信赖的合作能力，使得客户对解决方案满怀信心。推荐阅读：1. ICP-MS 期刊 | 半导体行业解决方案创新之路，附海量干货下载https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100320/news_483925.htm2. 微米到纳米的变迁 | 安捷伦和半导体行业的“超纯”往事https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100320/news_520378.htm关注“安捷伦视界”公众号，获取更多资讯。

1996年，Kasianowicz等人首次发现单链DNA和RNA电泳穿过α溶血素（α-HL）纳米孔的时候会产生对应的阻塞电流信号。此后，众多科研学者在这一研究基础上开始了更为广泛的研究。经过二十余年发展，生物纳米孔技术现已开始商业化，且市面已有成型的基于生物纳米孔单分子测序技术的基因测序仪产品。纳米孔最具前景的应用之一是其可以用于第三代DNA测序技术，因其不需要复杂的酶扩增以及荧光标记，且其具有低成本高通量的特点而受到广大研究者们的青睐。纳米孔是单分子测序仪最核心部件图1 纳米孔DNA测序的基本原理图。（a）基于纳米孔的DNA测序传感器搭建示意图，图中显示一条单链DNA正在电泳穿过石墨烯纳米孔。（b）单链DNA过孔时产生的阻塞离子电流信号细节示意图，每个碱基的体积及其与纳米孔之间的相互作用强度不同导致对应的阻塞电流幅值存在差异，从而可以用来区分不同的DNA碱基。【Si Wei, et al. Chin. Sci. Bull., 2014, 59(35): 4929-4941.】纳米孔单分子DNA测序传感器基于库特计数器原理，如图1所示在固态薄膜的顺式端（cis）和反式端（trans）都注满了离子溶液，两端的溶液仅通过纳米孔进行连接，当带电的DNA分子被置入到液池的顺式端后，在纳米孔的两侧施加电压，DNA分子会在电场力的作用下电泳穿过纳米孔，由于DNA碱基自身在孔内的物理占位以及其与纳米孔间较强的相互作用使得通过纳米孔的电流会被阻塞。一条单链DNA（ssDNA）由腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）组成。因为四种碱基的尺寸及特征各异，当单链DNA穿过跟自身尺寸相当的纳米孔时，不同的碱基会产生对应幅值的阻塞电流，通过研究这些电流之间的差异就可以实现对DNA四种碱基的辨识，如图1所示。通过分析这些阻塞电流信号（如阻塞电流幅值和过孔时间等），DNA链上所含的碱基很有可能被检测和区分开来。纳米孔作为单分子测序仪器设计与制造的核心检测部件，因此如何保证纳米孔单分子传感器的检测灵敏度、时间空间分辨率、稳定性和寿命等是影响纳米孔单分子测序仪器工作效率和稳定性的关键技术问题。三大技术突破成就了如今的纳米孔单分子测序仪自1996年纳米孔被Kasianowicz等人发现以来，众多科学家投入大量精力深入研究，在研究过程中也遇到很多难题。例如，尽管研究者们都相继报道了纳米孔离子电流可以用于四种碱基的区分，然而他们得到的结论却大相径庭，使得阻塞电流的幅值和相应碱基之间的对应关系至今仍然含糊不清。研究者们对单链DNA均聚物在过孔时产生的阻塞电流幅值跟碱基体积大小的相关性进行了研究，组成DNA四种碱基的体积大小顺序为GATC，理论上DNA碱基的尺寸对离子电流信号的影响较大，然而其与纳米孔的强相互作用在阻塞电流幅值检测方面也会起到主导作用，且在不同的纳米孔材料或者实验条件下获得的实验结果差异较大，这也制约了基于纳米孔DNA测序的发展。经历了20余年的发展，三大技术突破与革新也成就了现今的纳米孔单分子测序仪的研制。首先是纳米孔检测DNA或RNA全新技术方案的提出，其次是采用酶对DNA分子的剪切或复制用于纳米单分子测序技术中，最后是单碱基信号的测序精度精准调控。之后数年的时间，Oxford Nanopore 公司于2013年11月启动了MinION测序仪的早期试用计划，这时首款纳米孔单分子测序仪也正式开始步入人类的视野。便携、低成本和高通量 纳米孔单分子测序成为最具潜力的DNA测序技术人类基因组计划人类基因组计划在2003 年完成人体全序列的基因测定，历时12 年，耗资数十亿美元，人类基因序列图已成为全人类共同的财富。但是，第一代的 Sanger测序方法也给基因组测序贴上了数亿美元的价格标签，让人望而生畏。近两年发展迅猛的第二代测序仪让人类基因组重测序的费用降低到10 万美元以下，测序时间也缩短到6 个月。但是，这样的价格和时间，相对于个人用户仍然太高，极大地限制了其临床应用和基础理论研究。与传统Sanger测序技术相比，纳米孔单分子测序技术的核心优势在于它的便携性、低成本和高通量。强大的市场需求和探索生命科学未知领域的渴望，有力地推动着DNA 检测水平的提高。2004 年，美国国家人类基因组研究所（NHGRI）启动了“千元基因组测序研究项目”, 目的是让人类基因组的测序费用降至1000 美元以下。基于纳米孔的单分子DNA 测序方法是第三代测序技术中成本最低，最具有竞争力的技术。同年，美国国家卫生研究院（NIH）提出了“1000美元测序”的概念，而基于纳米孔的DNA测序技术是最有潜力实现这一目标的方法之一，众多实验研究也进一步验证了纳米孔DNA测序技术的可行性。该方法的优势在于它简化了对DNA 的化学修饰、扩增和表面吸附等工艺，具有结构简洁、速度快、操作简便等特点，同时省去了昂贵的荧光试剂和CCD照相机的费用。最为重要的是它的效率高，单个核苷酸分子通过纳米孔的时间仅在微秒级，如果考虑单个芯片上集成成百上千个纳米孔阵列，有望在24 小时内完成对个体的基因测序，而目前的二代基因测序仪则需要6 个月时间。 商业化进展慢 提高纳米孔稳定性迫在眉睫纳米孔单分子测序技术现有市场的典型产品是Oxford Nanopore Technologies（ONT）公司的MinION纳米孔测序仪，它具有低成本、高通量、读速快、读长长（约150kb）和高便携等特点，因此纳米孔单分子传感器目前已被广泛应用于物理学、生物学和化学等学科涉及单分子应用的科学研究，助力人类科技的发展，造福人类。基于上述纳米孔单分子测序技术的特点，相比传统测序仪器而言，它的典型应用场景之一是极端环境中病毒或细菌的高精度检测。例如，在偏远贫困地区，在疫情爆发或在没有足够的设备资源的情况下，便携的纳米孔单分子测序仪可以快速的协助病毒检测和疾病诊断。数年前西非爆发埃博拉病毒时，单分子测序仪便在病毒检测过程中起到的重要作用。再例如，存放在外太空空间站的土壤和水等是否已经出现微生物依然成谜，要将样品带至地球进行采样分析方能揭晓，而轻便的纳米孔单分子测序仪仅有u盘大小，可以方便的携带至外太空，在其他辅助条件下协助检测。虽然基于纳米孔的单分子测序仪具备很多优势，而且已经进入商业化进程，但是它的市场占有率相比传统测序技术而言依然偏低。其原因主要是目前市场已有的纳米孔测序仪采用的仍然是生物纳米孔和磷脂膜，这样的生物体系不可避免的面临着寿命短和稳定性不持久的缺陷。因此要推进纳米孔单分子测序技术的发展，这些问题必须得到解决。而固体纳米孔（例如氮化硅，二硫化钼）目前的报道也可以辨识单碱基，因此固体纳米孔有望在未来代替生物纳米孔实现稳定、可重复利用的高精度DNA测序。然而固体纳米孔在信噪比方面不如生物纳米孔，而且DNA在相同条件下通过固体纳米孔的速度偏快，因此如何提高固体纳米孔的信噪比和实现有效的DNA控速也是亟需解决的关键科学问题。作者简介：司伟，博士，东南大学硕导/讲师，2020年度东南大学“至善青年学者”，江苏省2019年度优秀博士学位论文和东南大学2019年度优秀博士学位论文获得者，入选2019年、2020年东南大学机械工程学院“优才培育计划”，担任《MaterialsInternational》(ISSN: 2668-5728)期刊助理编辑和《Bioengineering International》(ISSN 2668-7119)期刊编委，获得2019年Nanotechnology期刊杰出审稿人奖。主要研究方向：（1）机械操控及机器人技术、（2）工程流体动力学及传感器、（3）结构工艺设计及加工制造、（4）程序语言算法和三维建模与仿真。

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。/pp style="text-align: center " img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/0c54b75f-dafd-463e-812a-345c9518e969.jpg" title="1.jpg"/ /pp 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/pp 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。/pp style="text-indent: 2em "一、纳米氧化锌的制备方法/pp 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。/pp style="text-indent: 2em "1、沉淀法/pp 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 。/pp style="text-indent: 2em "2、溶胶-凝胶法/pp 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。/pp style="text-indent: 2em "3、微乳液法/pp 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。/pp style="text-indent: 2em "4、水热（溶剂热）法/pp 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。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/72a45ed5-3a7f-4aab-ac13-26fff845a89a.jpg" title="2.jpg"//pp/pp 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/pp style="text-indent: 2em "二、纳米氧化锌作为隐身材料的基本原理及应用/pp 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。/pp 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。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7bdaafeb-819d-4b2c-9e93-7c6be4801a38.jpg" title="3.jpg"//pp/pp 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/pp 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。/pp 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。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d0ebb66e-64b9-4619-8e93-c88086741f42.jpg" title="4.jpg"//pp/pp 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

p　　11月4日，由环保部推荐、科技部设立的国家重大科学仪器设备开发专项，“环境空气臭氧前驱体及光化学烟雾在线监测仪开发及应用示范”项目启动会在牵头单位先河环保公司大数据中心召开，环保部领导及各级专家经过科学论证、充分讨论，一致同意该项目正式启动。/pp　　本次项目启动会嘉宾满座、专家云集：环境保护部科技标准司刘海波处长，代表科技部高技术中心管理组的沈学静主任、王文武主任，湖北省环境监测中心站田一平站长、河北省环境监测中心站谢剑峰站长、中科院生态环境研究中心牟玉静教授、中科院安徽光机所赵南京研究员、河北省重污染天气预警与应急中心王晓利主任、安徽省环境监测中心站朱余站长、河北省环保厅科技处李昂、中国环境监测总站李铭煊、聚光科技公司叶华俊董事长，以及合作单位项目组成员。先河环保董事长李玉国参会并致辞，总裁陈荣强主持启动会。/pp　　李玉国董事长首先代表项目承担单位致欢迎辞，对各位领导、专家、合作伙伴的到来表示欢迎和感谢 同时表态，本次牵头“臭氧前驱体项目”对于先河环保来讲，不仅是一项科研任务，更是一项庄严使命，先河环保将认真落实好项目实施工作。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/84899e40-b43e-4375-b19e-132ae0fb3a48.jpg" title="20171113134063786378_副本.jpg"//pp style="text-align: center "陈荣强总裁主持项目启动会/pp　　随后，环保部科技标准司刘海波处长代表项目组织单位致辞。他首先祝贺先河公司能拿到这个“臭氧前驱体项目”，同时希望各个参与单位，能够按照项目任务书规定的任务完成各自工作。刘处长还表示，目前大气污染方式形势严峻，各位专家及企业负责人致力于环保事业，要进一步增强责任感和使命感，切实钻研监测数据的准确性和实效性，更好地为管理部门服务 此次项目已不是普通的科研课题，更是一项政治任务。/pp　　接下来，科技部高技术中心管理组的沈学静主任代表科技部高技术中心责任专家宣贯项目管理政策。强调各课题组要严格按照重大专项要求完成项目，注重项目过程管理，重视年度检查、中期检查及验收工作。/pp　　项目负责人、先河环保新技术总监李少华与各子课题负责人分别对项目整体与各个课题的实施方案进行介绍。“环境空气臭氧前驱体及光化学烟雾在线监测仪开发及应用示范”项目是以先河环保公司牵头，聚光科技、北京大学、中科院生态中心、北京交通大学和中国环境监测总站为参与单位共用承担。项目针对臭氧前驱体和光化学烟雾监测难题，攻克二次聚焦浓缩、耦合精准控温、光腔衰荡相移光谱、大容量催化转化、化学发光法等关键技术，研制大气臭氧前驱体、过氧乙酰硝酸酯、氮氧化物和臭氧等5款在线监测仪。/pp　　专家组在听取项目及分任务课题实施方案汇报的基础上，审阅了任务书、实施方案等材料后，经质疑、答辩，一致同意项目启动。/pp　　“臭氧前驱体及光化学烟雾在线监测仪”项目的启动，标志着围绕臭氧前驱体和光化学烟雾的深层次研究将正式展开，不远的将来必将为国家大气污染治理提供科学依据和决策方向。/p

【论文信息】Enhanced degradation of few-layer black phosphorus by fulvic acid: Processes and mechanisms期刊: Water Research IF 13.4DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120014 【背景概述】黑磷纳米片是一种与石墨烯相似的具有类似层状结构的二维纳米材料。由于其具有优秀的导电特性与可调控的能带结构，黑磷纳米片已被广泛应用于电池储能、癌症治疗、电催化和光催化固氮等领域。但是，由于第五主族的磷原子上存在孤对电子，导致黑磷纳米片很容易被氧化，尤其当黑磷纳米片被排放到水中时，该材料很容易被水中所溶解的氧气分解，形成磷氧阴离子，如果大量的黑磷纳米片被排放到自然水体中，其分解物质将会给水生生物带来氧化应激和发育毒性，严重制约了黑磷的应用。此外，磷氧阴离子还会刺激小球藻的过量繁殖，导致水体的过营养化。之前关于黑磷纳米片在水中氧化分解的研究，主要集中在氧气含量，PH值对黑磷纳米片氧化分解速度的影响，对于黑磷纳米片与自然水体中广泛存在的黄腐酸之间的作用尚未充分研究。 近日，中国地质大学何伟教授课题组与德国达姆施塔特工业大学强强联合，对不同黄腐酸浓度条件下的黑磷纳米片的分解进行了系统性研究。在研究中，通过利用便携式原子力显微镜(AFM)对黑磷纳米片和黄腐酸的二维、三维形貌进行了系统的微观表征。根据相关AFM表征结果，提出了在黄腐酸的参与下，黑磷纳米片的分解机理。相关研究成果已发表在水科学高水平期刊《Water Research》上。 【图文导读】图1. 在氧化-光照条件下，黑磷纳米片在不同浓度的黄腐酸（0,2.5,5 mgC/L）中的降解动力学过程，（a）总磷-氧阴离子（Δ[O-P]）,（b）次磷酸盐（H2PO2-），（c）亚磷酸盐（HPO32-），和（d）磷酸盐（PO43-）。图2. 在氧化-光照条件下，黑磷纳米片在不同浓度的黄腐酸中降解前（a,b和c）和降解后（d,e和f）的透射电镜表征。黄腐酸在图中用红色圆圈圈出。图3. 在原液中的黑磷纳米片微观表征。（a）用nGauge对样品进行AFM三维形貌表征，（b）透射电镜表征，（c）nGauge对样品的AFM二维表征结果，（d）nGauge AFM对（c）中划线部分，黑磷样品的高度测量数据，和（e）经AFM测量样品厚度的直方图统计图。图4. 在原液中的黄腐酸微观表征。（a）用nGauge对样品进行AFM三维形貌表征，（b）透射电镜表征，（c）nGauge对样品的AFM二维表征结果，（d）nGauge AFM对（c）中划线部分，黄腐酸的高度测量数据，和（e）经AFM测量样品高度的直方图统计图。图5. nGauge AFM表征黑磷纳米片在降解前（a）和在氧化-光照条件下降解43天后的形貌结果。（（b）黄腐酸浓度0 mgC/L，（C）2.5 mgC/L，和（d）5 mgC/L）图6. 在降解反应前和反应后黑磷纳米片的XPS光谱中C1s峰（a）和P2p峰（b）的表征结果。图7. 黄腐酸存在或不存在的条件下，黑磷纳米片的降解机制。本研究中是按照（3）的路径对黑磷纳米片进行降解。 【结论】何伟教授课题组利用便携式原子力显微镜(AFM)，大量测量黑鳞纳米片和黄腐酸在反应过程中二维和三维形貌的表面变化，同时借助XPS等其他技术手段，研究了黑鳞纳米颗粒在不同浓度黄腐酸条件下的分解过程与机理。实验结果表明，黄腐酸的存在，在无氧和有氧条件下均可加快黑鳞纳米片在水中的分解，在光照条件下可以产生更多的次磷酸盐，在无光的条件下主要提高磷酸盐的产生。 本文中研究人员使用的便携式原子力显微镜(AFM)是加拿大ICSPI公司设计和研发的，其基于特有的芯片式自感应探针技术，摆脱了传统AFM对激光的依赖，给AFM带来了里程碑式的变化！同时，设备具有小巧、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、无需减震超级稳定等优点，非常适合科研研究、高等教育、工业检测等领域的客户，尤其对于需要在户外和非实验室获得原子力显微镜(AFM)表征的用户来说，是一款不可或缺的设备！ICSPI公司便携式原子力显微镜(AFM)，左）Redux AFM 右）nGauge

纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙，是碳酸钙行业中的高端明星产品，其应用最成熟的行业是塑料工业，主要应用于塑料制品，可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。另外，纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性、透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性、高干燥性等优点。还有涂料、日化、造纸等行业，对纳米碳酸钙的应用需求也迅速发展。纳米碳酸钙的粒度检测，不但需要科学的检测方案（针对团聚的有效处理），更需要性能优异、分辨能力出众的高端激光粒度仪。近年来，欧美克仪器在纳米碳酸钙客户中，积累了连州凯恩斯、江西九峰、湖北科迈、湖北凯龙等行业典型客户，靠得就是Topsizer型激光粒度仪在检测亚微米、纳米颗粒的表现以及一套行之有效的检测方案。纳米碳酸钙的生产过程中，碳化后的碳酸钙浆料，在经过脱水、烘干、活化等工序后形成最终碳酸钙粉体产品，其粒径分布将影响后续其在塑料、橡胶、油墨等产业的填加量和最终产品性能，因此，粒径分布是纳米碳酸钙生产企业十分关注的，作为产品质控的一个重要参数。其中，在纳米碳酸钙的生产中，通过加入适当的分散改性剂进行改性，增强了碳酸钙粉的分散性、减少团聚，在许多应用领域展现了更好的使用性能，在纳米碳酸钙的生产中，改性几乎成了标准的选择，不同改性剂种类和用量和改性工艺所生产产品质量各有异同，如何通过检测纳米碳酸钙在不同分散条件下的粒径分布情况，以协助调整碳化沉淀工艺并预测产品的应用效果，是近年来热议的课题。欧美克仪器深耕碳酸钙行业二十余载的岁月里，欧美克的仪器质量和品牌口碑，不断得到行业客户们的一致认可，行业仪器占有率高。Topsizer激光粒度分析仪采用国际先进的红蓝双光源设计，红光主光源为进口氦-氖激光器，波长0.6328μm，并有蓝光辅助半导体光源，波长0.466μm，弥补了常规设计散射光角度的盲区，极大地提高了对纳米级颗粒及少量大颗粒的分辨力。其具有量程宽（0.02-2000微米）、重复性好、精度高、测试结果真实、自动化程度高等诸多优点，是纳米碳酸钙粒度检测的不二之选。Topsizer型激光粒度仪（湿法）纳米碳酸钙的检测方案与检测重钙、一般轻钙的主要区别是颗粒团聚的处理，若以检测一般改性轻钙的方法（制样时使用十二烷基苯磺酸钠SDBS作为分散试剂，外置超声10分钟），纳米碳酸钙的原生颗粒很难被分散出来，得出的结果是团聚后的二次粒径，如图：测试结果基本是稳定的，但粒径分布只有普通重钙的级别，在进样器开始内置超声后，部分团聚体逐步解聚，测试结果如下：由于纳米钙的改性程度要远远超越一般的轻钙、重钙，采用一般的分散剂（如六偏磷酸钠、-SDBS、酒精等），难以达到充分的分散效果以了解样品一次粒径情况（或接近一次粒径的稳定结果）。欧美克仪器测试人员，经过多年的探索和不断尝试，最终选着了一种含有OM7超细轻钙专用分散剂的复配分散剂对样品进行前处理，并伴随超声处理，结果如下：测试结果有明显的改善，但仍未符合纳米碳酸钙的粒径预期。纳米碳酸钙属于超细粉体，不易分散彻底，因此在加入分散解聚剂后以传统进样器内置超声外，同时进行了细胞粉碎机的大功率的超声分散15分钟，以纯净水作为测量介质，并以“通用模式”进行粒度分析，结果如下：针对于该广西某公司生产的纳米碳酸钙样品，仍然有部分的硬团聚体的存在，导致结果出现了第二个大颗粒小峰，但结果的稳定性和粒径分布是基本符合预期的。采用同样的测试方案，同样的Topsizer型激光粒度仪，我司在早两年测试某进口的纳米碳酸钙样品，其结果是完全符合纳米碳酸钙的粒径分布要求的，如下。在我司多年来接触的一般国产纳米碳酸钙中，或多或少是会出来粒度分布的“双峰”状态，D90大概在1-2微米间，这主要可能是在生产工艺中，碳化或活化没有完全做好，导致大量硬团聚体的产生，影响了整体粒径分布。这些硬团聚体在使用中难以被分散开，会影响纳米钙的使用性能，因此，对于硬团聚体含量的检测，是纳米碳酸钙产品质量控管的关键所在，同时对于激光粒度仪的检测性能也是较为苛刻的要求。对纳米碳酸钙的粒度测试，到底是将其彻底分散到最小粒径的结果可靠，还是选择与下游生产的分散程度相近地分散样品，进行二次粒径粒度分布测试更可靠，一直是一个有争论的问题。但如果要对纳米碳酸钙生产工艺进行监控，就需要更关注生产流程中碳化沉淀的一次粒径情况。同时通过对硬团聚体二次粒径的严格控制，以使最终产品能满足高端行业（如油墨等）的应用要求。技术进步，以人为本，欧美克仪器的检测技术和应用开发，是和碳酸钙行业同步发展、偕同并进的。欧美克仪器专业服务于客户纳米碳酸钙的检测需求，为客户生产出优质的纳米碳酸钙产品保驾护航！参考文献1. 沈兴志、吴瑾. 轻钙、活性钙、纳米钙产品激光粒度测试分析探讨.2. 纳米碳酸钙.百度百科.

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置， 其中以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流。虽然通过掺杂及表面覆盖抗光反射层能提高晶硅太阳能电池的效率，但是超过能带间隙和一些特定波长的光反射造成了巨大的光能量损失，反而限制了晶硅太阳能电池的效率。 Y.H. Wang等利用有机金属三溴纳米粒子（CH3NH3PbBr3）涂层吸收部分短波长太阳光，使其转化成化电场。该化电场可以通过促进分子重排而增强有机-晶硅异质结太阳能电池的不对称性，从而增加表面活性载流子密度，终将有机-晶硅异质结太阳能电池的效率从12.7%提高到了14.3%。 苏州大学Q.L. Bao教授等人在钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为和载流子浓度分布等领域作出了突出贡献。2016年，发表在ACS Nano上的钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为的研究中，作者利用neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM发现：1. 未施加外场电压时， 该微纳米线区域中载流子密度（图1 g. s-SNOM振幅信号）和光折射率（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；2. 施加外场正电压时，该区域中载流子密度随I-离子（Br?）的迁移而向右移动（图1 h. s-SNOM振幅信号），其光折射率随随MA+离子（CH3NH3+）的迁移而向左移动（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；3. 施加外场负压时，情况正好与施加正电压时相反（图1 i）。该研究显示弄清无机-有机钙钛矿结构中的离子迁移行为对于了解钙钛矿基的特殊光电行为具有重要意义，进而为无机-有机钙钛矿材料的光电器件应用打下了坚实的基础。图1.SNOM测量钙钛矿结构微纳米线的光电转换的离子迁移行为。 d-f. 离子迁移测量示意图；g-i,相应的s-SNOM光学信号振幅和相位图 2017年， Q.L. Bao教授等人发表在AdvanceMaterials的文章中再次利用neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM，次在实验中研究了太阳能电池表面钙钛矿纳米粒子涂层的载流子密度。结果显示：钙钛矿纳米粒子覆盖区域近场信号强度高于Si/SiO2区域中信号强度（参见下图2 b 图2 a为对应区域的形貌）。另外作者也研究了增加光照的时间的影响（参见下图2 c, d）。其结果显示：近场信号强度随光照时间增加，从12.5 μV (黄色，0 min) 增加到 14.4 μV (红色, 60 min)，该近场信号反映了可移动自由载流子密度的变化。终，红外光neaSNOM研究结果证明：随光照时间增加，太阳能电池表面的钙钛矿纳米粒子涂层富集和捕获了大量的电子。图2. SNOM测量钙钛矿结构纳米粒子涂层的载流子密度。a. AFM形貌图；b, s-SNOM光学信号图-未加光照；c, s-SNOM光学信号图-光照30min；d, s-SNOM光学信号图-光照60min 作者预见，该研究对于设计新型太阳能电池，提高其转化效率具有重要意义。同时，该研究还提出了一种使钙钛矿结构材料和晶硅太阳能电池相结合的研究方法，为之后的研究和应用提供了解决新思路。相关参考文献1.Zhang Y.P. et. al. Reversible StructuralSwell?Shrink and Recoverable Optical Properties in Hybrid Inorganic?OrganicPerovskite. ACS Nano 2016,10, 7031?7038.2.Wang Y.H. et. al. The Light-InducedField-Effect Solar Cell Concept - Perovskite Nanoparticle Coating IntroducesPolarization Enhancing Silicon Cell Efficiency. AdvancedMaterial 2017, First published: 3 March 2017 DOI: 10.1002/adma.201606370.相关产品链接超高分辨散射式近场光学显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm德国Neaspec纳米傅里叶红外光谱仪 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm

p style="text-align: justify text-indent: 2em "纳米材料被誉为“21 世纪最重要的战略性高技术材料之一”。随着应用领域的扩大和增强，近年来，纳米材料的毒性与安全性也受到广泛关注。表征与测试技术是科学鉴别纳米材料、认识其多样化结构、评价其特殊性能及优异物理化学性质、评估其毒性与安全性的根本途径，也是纳米材料产业健康持续发展不可或缺的技术手段。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong1 纳米材料的表征/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "纳米材料的表征是对纳米材料的性质和特征进行的客观表达，主要包括尺寸、形貌、结构和成分等方面的表征。/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 112, 192) "纳米材料的表征/span/pp style="text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/2ffdf5f4-5465-4b3a-849e-1934933722b0.jpg" title="纳.png" alt="纳.png"//strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2 纳米材料的测试技术/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.1 光子相关光谱法（photo correlation spectroscopy，PCS）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "PCS常用于纳米粒子尺寸及尺寸分布的测试，相关标准已有GB/T 19627 等，其适用于尺寸为3nm~3μm的悬浮液，可获得准确的尺寸分布，测试速度也相当快，特别适合于工业化产品粒径的检测。但采用该方法时，必须要解决好纳米材料的分散问题，须获得高度分散的悬浮液，否则所反映的结果只是某种团聚体的尺寸分布。由于该方法是一种绝对方法，因此测量仪器可以不必校准；但在仪器首次安装、调试期间或有疑问时，必须使用有证标准纳米颗粒分散体系对仪器进行验证。如采用PCS法测定平均粒径小于100nm的、粒度分布较窄的聚苯乙烯球形颗粒分散体系，则要求测得的平均粒径与标定的平均粒径的相对误差应在2%之内。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.2 X 射线衍射法（X-ray diffraction，XRD）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "X射线衍射法可用于纳米晶体材料结构分析、尺寸测试和物相鉴定。该方法测定的结果是最小不可分的粒子的平均尺寸；因此，只能得到较宏观的测量结果。此外，采用该方法进行测试时，需要用X 射线衍射仪校正标准物质对仪器进行校正。目前，该方法已建立有关的国家标准包括GB/T 23413、GB/T 15989、GB/T15991 等。XRD物相分析可用于未知物的成分鉴定，但分析的不足之处在于灵敏度较低，一般只能测定含量在1%以上的物相；且定量分析的准确度也不高，一般在1%的数量级。同时，所需要的样品量较大，一般需要几十至几百毫克，才能得到比较准确的结果。由于非晶态的纳米材料不会对X射线产生衍射，所以一般不能用此法对非晶纳米材料进行分析。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.3 X 射线小角散射法（small angle X-ray scattering，SAXS）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "SAXS可用于纳米级尺度的各种金属、无机非金属、有机聚合物粉末以及生物大分子、胶体溶液、磁性液体等颗粒尺寸分布的测定；也可对各种材料中的纳米级孔洞、偏聚区、析出相等的尺寸进行分析研究。其测试范围为1~300nm，测量结果所反映的是一次颗粒的尺寸，具有典型的统计性，且制样相对比较简单，对粒子分散的要求也不像其他方法那样严格。但该方法本身不能有效区分来自颗粒或微孔的散射，且对于密集的散射体系，会发生颗粒散射之间的干涉效应，导致测量结果有所偏低。关于该方法的标准有GB/T 13221、GB/T 15988等。为了保证测试结果的可靠性和重复性，应对仪器的性能和操作方法进行校核，一般推荐采用粒度分布已定值的纳米粉末标样或经该方法测定过粒度分布的特定样品进行试验验证，其中粒径偏差应控制在10%以内。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.4 电子显微镜法（electron microscopy）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "电子显微镜法是对纳米材料尺寸、形貌、表面结构和微区化学成分研究最常用的方法，一般包括扫描电子显微镜法（scanning electron microscopy，SEM）和透射电子显微镜法（transmission electronmicroscopy，TEM）。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "SEM的特点是放大倍数连续可调，从几倍到几十万倍，样品处理较简单；但一般要求分析对象是具有导电性的固体样品，对非导电样品需要进行表面蒸镀导电层。扫描电镜与能谱仪相结合，可以满足表面微区形貌、组织结构和化学元素三位一体同位分析的需要。能谱仪可对表面进行点、线、面分析，分析速度快、探测效率高、谱线重复性好，但是一般要求所测元素的质量分数大于1%。关于电镜在纳米材料应用中的标准较多，如GB/T 15989、GB/T 15991、GB/T 20307、ISO/TS 10798等。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "TEM法是集形貌观察、结构分析、缺陷分析、成分分析的综合性分析方法，已成为纳米材料研究的最重要工具之一。除了具有与SEM的相同功能外，利用电子衍射功能，TEM可对同素异构体加以区分。相较于XRD，还能对含量过低的某些相进行分析，且可以结合形貌分析，得到该相的分布情况。TEM法的主要局限是对样品制备的要求较高，制备过程比较繁琐，若处理不当，就会影响观察结果的客观性。目前，TEM在纳米材料方面的应用正逐步被开发出来，其相关标准也在不断增加，如GB/Z 21738、GB/T 24490、GB/T 24491、ISO/TS 11888、GB/T 28044等。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "由于电镜法测试所用的纳米材料极少，可能会导致测量结果缺乏整体统计性，实验重复性差，测试速度慢；且由于纳米材料的表面活性非常高，易团聚，在测试前需要进行超声分散；同时，对一些不耐强电子束轰击的纳米材料较难得到准确的结果。采用电镜法进行纳米材料的尺寸测试时，需要选用纳米尺度的标准样品对仪器进行校正。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.5 扫描探针显微镜法（scanning probe microscopy，SPM）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "SPM法是研究物质表面的原子和分子的几何结构及相关的物理、化学性质的分析技术。尤以原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）为代表，其不仅能直接观测纳米材料表面的形貌和结构，还可对物质表面进行可控的局部加工。与电镜法不同的是，除了真空环境外，AFM还可用于大气、溶液以及不同温度下的原位成像分析；同时，也可以给出纳米材料表面形貌的三维图和粗糙度参数。除此之外，AFM 还可用于研究纳米材料的硬度、弹性、塑性等力学及表面微区摩擦性能。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近年来，SPM技术在纳米材料测量和表征方面的独特性越来越得到体现，如GB/Z 26083-2010、国家项目20078478-T-491等。但由于SPM纵向与横向分辨率不一致、压电陶瓷可能引起的图像畸变、针尖效应等，使得还有一些问题有待解决，如SPM探针形状测量和校正、SPM最佳化应用及不确定度评估、标准物质的制备、仪器性能的标准化、数值分析的标准化、制样指南和标准制定等。目前，虽有仪器校正的标准ASTM E 2530和VDI/VDE 2656颁布，但由于标准物质的缺少，在实际操作中缺乏实施性。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.6 X 射线光电子能谱法（X-ray photoemissionspectroscopy，XPS）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "XPS 法也称为化学分析光电子能谱（electron spectroscopy for chemical analysis，ESCA）法。从X 射线光电子能谱图指纹特征可进行除氢、氦外的各种元素的定性分析和半定量分析。作为一种典型的非破坏性表面测试技术，XPS主要用于纳米材料表面的化学组成、原子价态、表面微细结构状态及表面能谱分布的分析等，其信息深度约为3~5nm，绝对灵敏度很高，是一种超微量分析技术，在分析时所需的样品量很少，一般10-18g左右即可；但相对灵敏度通常只能达到千分之一左右，且对液体样品分析比较麻烦。通常，影响X射线定量分析准确性的因素相当复杂，如样品表面组分分布的不均匀性、样品表面的污染物、记录的光电子动能差别过大等。在实际分析中用得较多的是对照标准样品校正，测量元素的相对含量；而关于该仪器的校准，GB/T 22571-2008中已有明确规定。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.7 俄歇电子能谱法（aguer electron spectroscopy，AES）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "AES法已发展成为表面元素定性、半定量分析、元素深度分布分析和微区分析的重要手段，可以定性分析样品表面除氢、氦以外的所有元素，这对于未知样品的定性鉴定非常有效。除此之外，AES还具有很强的化学价态分析能力。AES的分析范围为表层0.5~2.0nm，绝对灵敏度可达到10-3个单原子层，特别适合于纳米材料的表面和界面分析。但需要注意的是，对于体相检测，灵敏度仅为0.1%，其表面采样深度为1.0~3.0 nm。AES技术一般不能给出所分析元素的绝对含量，仅能提供元素的相对含量；而且，采用该方法进行测试时，需要相应的元素标样，元素鉴定方法在JB/T 6976-1993中已明确给出。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2.8 其他方法/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "除此之外，还有一些其他的测试技术和方法用于纳米材料的表征，如紫外/可见/近红外吸收光谱方法用于金纳米棒的表征（GB/T 24369.1）、紫外-可见吸收光谱方法用于硒化镉量子点纳米晶体表征（GB/T24370）、纳米技术-用紫外-可见光-近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱法表征单壁碳纳米管（ISO/TS 10868）。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong3 结束语/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em margin-bottom: 15px "纵观当前纳米材料的表征与测试技术，要适应纳米材料产业的快速发展，规范化表征和准确可靠测试纳米材料尚存在一定挑战。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "基于此，仪器信息网将于span style="color: rgb(255, 0, 0) "2019年12月18日/span组织举办strong第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会/strong（a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target="_blank" textvalue="免费报名中"ispan style="color: rgb(255, 0, 0) "免费报名中/span/iispan style="color: rgb(255, 0, 0) "/span/i/a），邀请该领域专家，围绕纳米材料常用表征和检测技术，从成分、形貌、粒度、结构以及界面表面等方面带来精彩报告，为纳米材料工作者及相关专业技术人员提供线上互动交流互动平台，进一步加强学术交流，共同提高纳米材料研究及应用水平。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target="_blank"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/14b28169-cfe6-44ba-8dc5-f47132b97366.jpg" title="540_200.jpg" alt="540_200.jpg"//a/pp style="text-align: justify "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target="_blank" textvalue="报名链接：第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会"strongspan style="color: rgb(255, 0, 0) "报名链接/span/strong：istrongspan style="color: rgb(112, 48, 160) "第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会/span/strong/i/a/pp style="text-align: center "strong扫一扫，参与报名/strong/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/d2e686ea-3308-4d6f-8795-e26e3d0f062d.jpg" title="报名.PNG" alt="报名.PNG"//pp style="text-align: center "strong扫一扫，进入纳米表征与检测技术群/strong/pp style="text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/33e39f0a-8ef0-4aeb-b662-03350301ed05.jpg" title="群.PNG" alt="群.PNG"//strong/pp style="text-align: justify "strongi style="margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) font-family: 宋体, " arial="" white-space:=""文章摘自：/i/strong/pp style="text-align: justify "strongi style="margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) font-family: 宋体, " arial="" white-space:=""span style="font-family: " microsoft="" font-size:="" background-color:=""谭和平, 侯晓妮, 孙登峰, et al. 纳米材料的表征与测试方法[J]. 中国测试, 2013(01):17-21./span/i/strong/p

自然界中的生物视觉系统因其多样化的功能引人注目，尤其是具有非凡视觉能力的复眼系统，如宽阔的视场角和强大的运动跟踪能力，在机器视觉的实际应用中具有巨大的潜力。当前制造复眼系统通常采用可变形电子技术，然而该技术面临包括全局形变的复杂性、应力稳定性、几何限制、以及光学组件与探测器单元之间不匹配的潜在问题，因此开发一体化的人工复眼系统并将其集成到自主平台如机器人或无人机上实现特定的视觉功能极具挑战性。近期，香港科技大学范智勇教授团队开发了一种独特的针孔复眼（PHCE）系统，该系统集成了3D打印的蜂窝状光学结构和半球形的全固态高密度钙钛矿纳米线（PNA）光电探测器阵列。这种无透镜的针孔结构（PHA）可以根据底层图像传感器的需求，设计制备出任意布局。该团队通过对比光学模拟和成像结果验证了该视觉系统的关键特性和功能，包括超宽视场、精准的目标定位和运动跟踪能力。该团队进一步演示了PHCE系统在无人机上的功能集成，使其能够跟踪地面上的四足机器人。这种独特的空中-地面协作机器人互动展示了PHCE系统在未来多机器人协作和机器人群技术开发中的潜在应用前景。相关工作以“An ultrawide field-of-view pinhole compound eye using hemispherical nanowire array for robot vision”为题发表于国际顶级学术期刊《Science Robotics》，并当选当月封面文章。香港科技大学电子与计算机工程系博士后周宇、孙梽博和博士研究生丁宇宬为文章共同第一作者，香港科技大学电子与计算机工程系讲席教授范智勇为文章通讯作者。该工作得到了香港研究资助局项目、粤港澳联合实验室项目、科学探索奖以及中银香港科技创新奖的大力支持。图1. PHCE及其集成组件的示意图和图像。(A)PHCE整体结构示意图。(B)PHCE系统的剖视图。(C)半球形多孔氧化铝膜中钙钛矿纳米线的横截面电镜图像和宏观照片。(D)强盗蝇眼的宏观照片。(E)安装在印刷电路板上的PHCE系统的侧视照片。(F)相邻针孔单元的横截面示意图。(G) 不同小眼间角下针孔像素数量与整体视场角的相对关系。(H)单个针孔和针孔阵列角度依赖的归一化强度分布。要点：研究者受到昆虫（例如强盗蝇）复眼独特几何结构的启发，设计了蜂窝状的针孔阵列，通过光学计算和模拟仿真优化了有限像素数下的接受角Δφ、小眼间角ΔΦ，确定了对应针孔的最佳长度直径比，可以消除相邻小眼之间的盲区并减少光效率损失。研究者使用摩方精密面投影微立体（PμSL）光刻3D打印技术（nanoArch P140，精度：10 μm）制备了对应几何参数的针孔阵列，并与半球壳的凸面共形，原料为光敏树脂。由于高打印自由度和简化的结构，上述针孔阵列的参数可以很好地设计和协调，以满足对应图像传感器的需求。图2. 钙钛矿纳米线光电探测器的性能。(A)多孔氧化铝膜中不同钙钛矿纳米线的光致发光光谱。(B)不同组分钙钛矿纳米线的X射线衍射光谱。(C)单像素纳米线光电探测器各部分能级关系。(D)单像素探测器的时间依赖开/关光响应。(E)单像素光电探测器的光强依赖光电流密度和响应度。(F)未封装单像素光电探测器的工作稳定性。要点：钙钛矿纳米线是在氧化铝纳米通道内以铅纳米线作为前驱体之一生长的，未完全消耗的铅与钙钛矿形成接触，在除去基底后，通过热蒸镀的方式制备凹球面的铟电极，研究者使用PμSL 3D打印技术制备了与半球壳凹面共形的掩膜版。氧化铝多孔结构为钙钛矿材料提供了天然的封装，提高了器件的工作性能。通过调节钙钛矿中的卤素和金属元素，PNA光电探测器感测区域可以从可见拓展到近红外。在弱光下，探测器的响应度可达到2.9 A/W，随着光照强度的增加，光电流增加而响应度减小。此外，未封装的器件在常规环境中存放 10 个月后，仍保持超过80%的原始光电流数值。图3. PHCE系统的成像能力。(A)测量装置的示意图。(B)半球形成像系统的视场测量。(C)捕获的圆形图案图像。(D)捕获的十字和三角图案图像。要点：研究者集成了由121个小眼构成的单目复眼系统，半球形的几何结构赋予整个系统约140°的大视场角。PHCE系统能够在广阔的视场内成像。由聚光灯生成的圆形、十字和三角图案可以被PHCE系统准确捕获并成功识别。上述实验成像效果与模拟仿真结果高度吻合。图4. PHCE系统的目标定位和无人机运动跟踪。(A)包含两个 PHCE 的双目视觉系统照片。(B)双目视觉系统的工作原理。(C)在3D空间中移动点光源的空间位置和生成的移动路径。(D)无人机运动跟踪的工作原理。(E)安装在无人机上的PHCE照片。(F)-(H)光源和无人机移动期间的相对位置照片以及由无人机上的PHCE捕获的相应图像。要点：为了精确定位点光源在3D空间移动轨迹，研究者进一步构建了基于一对PHCE（分别具有37个小眼）的双目复眼系统，其中两个PHCE之间的角度固定为60°，整体视场增加到220°。双目系统可将整个区域可以分为三部分，即盲区、运动检测区和精确定位区。双目复眼捕获运动光源在不同位置的图像，研究者可以解析这些位置并重建其在3D空间中的运动轨迹。由于PHCE系统出色的角度选择性，研究者进一步将其安装在可编程的商业无人机上，实现了对载有点光源的四足机器人运动的实时定位和追踪。综上所述，受到昆虫复眼系统的启发，研究者设计并制造了一种独特的针孔复眼系统，具有广阔的视场、精确的目标定位和动态运动跟踪能力。通过进一步改进和技术升级，包括缩小设备尺寸、增加小眼数量、提高成像分辨率和响应速度，该复眼系统有望实现在智能光电传感和机器人技术领域的广泛应用。

1. 文章信息标题：CdTe Quantum Dot/Bi2WO6 Nanosheet Photocatalysts with a Giant Built-In Electric Field for Enhanced Removal of Persistent Organic Pollutants期刊：ACS Applied Nano Materials 20222. 文章链接ScienceDirect专用链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00155或https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.2c001553. 期刊信息期刊名：ACS Applied Nano Materials2021年影响因子：5.097分区信息：中科院2区；JCR分区（Q2）涉及研究方向：工程技术：材料4. 作者信息：杨朋启（首要作者），吴正岩（首要通讯作者）；张嘉（第二通讯）5. 光源型号：北京中教金源CEL HXF300（300 W氙灯，可见光范围）和CEL-NP2000-2A（光密度测量仪）文章简介：近年来，由于各种有机污染物的大量使用导致水体环境污染加剧。针对此类污染，课题组设计并开发了一种高效的碲化镉量子点/钨酸铋纳米片复合半导体材料作为光催化剂用于治理有机污染物。由于低维半导体材料内部存在强的激子效应，严重抑制了电子-空穴的分离和转移。作者通过在材料内部构建内置电场作为内在驱动力，促进激子的解离和光生电子-空穴的转移，从而提高对苯酚、罗丹明B、四环素的降解效率，并且在短时间内基本可以达到完全降解的目的。同时，该催化剂又展现出良好的循环利用率，多次催化后仍可保持较高的光催化效率。因此，该催化剂在水体污染物治理方面展现出一定的应用前景。 我们一致认为本文的创新之处有以下几点：1、首次在2维钨酸铋（200）晶面和碲化镉量子点（111）晶面构建了内置电场。2、实验和DFT理论计算双向证明了内置电场的构建调节了激子效应，促进了激子的解离。3、在水体环境中各种可持续存在的有机物治理方面展现优异的性能。

一、纳米颗粒膜制备日前，由英国著名的薄膜沉积设备制造商Moorfield Nanotechnology公司生产的套纳米颗粒与磁控溅射综合系统在奥地利的莱奥本矿业大学Christian Mitterer教授课题组安装并交付使用。该设备由MiniLab125型磁控溅射系统与纳米颗粒溅射源共同组成，可以同时满足用户对普通薄膜和纳米颗粒膜制备的需求。集成了纳米颗粒源的MiniLab125磁控溅射系统 传统薄膜材料的研究专注于制备表面平整、质地致密、晶格缺陷少的薄膜，很多时候更是需要制备沿衬底外延生长的薄膜。然而随着研究的深入，不同的应用方向对薄膜的需求是截然不同。在表面催化、过滤等研究方向，需要超大比表面积的纳米薄膜。在这种情况下，纳米颗粒膜具有不可比拟的优势。而传统的磁控溅射在制备纯颗粒膜方面对于粒径尺寸，颗粒均匀性方面无法实现控制。气相沉积法、电弧放电法、水热合成法等在适用性、操作便捷性、与传统样品处理的兼容性等方面不友好。在此情况下，Moorfield Nanotechnology推出了与传统磁控溅射和真空设备兼容的纳米颗粒制备系统。不同条件制备的颗粒粒径分布（厂家测试数据）不同颗粒密度样品（厂家测试数据）纳米颗粒制备技术特点：▪ 纳米颗粒的大小1 nm-20 nm可调；▪ 多可达3重金属，可共沉积，可制备纯/合金颗粒；▪ 材料范围广泛，包括Au、Ag、Cu、Pt、Ir、Ni、Ti、Zr等▪ 拥有通过控制气氛制造复合纳米粒子的可能性（类似于反应溅射）▪ 的纳米颗粒层厚度控制，从亚单层到三维纳米孔▪ 纳米颗粒结构——结晶或非晶、形状可控纳米颗粒膜的应用方向：▪ 生命科学和纳米医学： 癌症治疗、药物传输、抗菌、抗病毒、生物膜▪ 石墨烯研究方向：电子器件、能源、复合材料、传感器▪ 光电研究：光伏研究、光子俘获、表面增强拉曼▪ 催化：燃料电池、光催化、电化学、水/空气净化▪ 传感器：生物传感器、光学传感器、电学传感器、电化学传感器 二、无机无铅光伏材料下一代太阳能电池的大部分研究都与铅-卤化物钙钛矿混合材料有关。然而，人们正不断努力寻找具有类似或更好特性的替代化合物，想要消除铅对环境的影响，而迄今为止，这种化合物一直难以获得。因此寻找具有适当带隙范围的无铅材料是很重要的，如果将它们结合起来，就可以利用太阳光谱的不同波长进行发电。这将是提高未来太阳能电池效率降低成本的关键。近期，牛津大学的光电与光伏器件研究组的Henry Snaith教授与Benjamin Putland博士研究了具有A2BB’X6双钙钛矿结构的新型无机无铅光伏材料。经过计算该材料具有2 eV的带隙，可用做光伏电池的层吸光材料与传统Si基光伏材料很好的结合，使光电转换效率达到30%。与有机钙钛矿材料相比，无机钙钛矿材料具有结构稳定使用寿命更长的优势。而这种新材料的制备存在一个问题，由于前驱体组分的不溶性和复杂的结晶过程容易导致非目标性的晶体生长，因此难以通过传统的水溶液法制备均匀的薄膜。Benjamin Putland博士采用真空蒸发使这些问题得以解决。使用Moorfield Nanotechnology的高质量金属\有机物热蒸发系统，通过真空蒸发三种不同的前驱体，研究人员成功沉积制备出了所需要的薄膜。真空蒸发具有较高的控制水平和可扩展性，使得材料的工业化制备成为可能。所制备的薄膜在150℃退火后，XRD图。所制备的薄膜在150℃退火后，表面SEM图 三、Moorfield 薄膜制备与加工系统简介Moorfield Nanotechnology是英国材料科学领域高性能仪器研发公司，成立二十多年来专注于高质量的薄膜生长与加工技术，拥有雄厚的技术实力，推出的多种高性能设备受到科研与工业领域的广泛好评。高精度薄膜制备与加工系统 – MiniLab旗舰系列和nanoPVD台式系列是英国Moorfield Nanotechnology公司经过多年技术积累与改进的结晶。产品的定位是配置灵活、模块化设计的PVD系统，可用于高质量的科学研究和中试生产。设备的功能和特点：▪ 蒸发设备：热蒸发（金属）、低温热蒸发(有机物)、电子束蒸发▪ 磁控溅射：直流&射频溅射、共溅射、反应溅射▪ 兼容性：可与手套箱集成、满足特殊样品制备▪ 其他功能设备：二维材料软刻蚀、样品热处理▪ 设备的控制：触屏编程式全自动控制

据外媒报道，发光二极管(LED)是照明行业的无名英雄。它们运行效率高，散发的热量少，持续时间长。现在，科学家们正在研究一种新材料以使LED在消费电子、医药和安全领域的应用变得更有效且寿命更长。来自美国能源部(DOE)阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室和SLAC国家加速器实验室的研究人员报告称，他们已经为此类LED制备了稳定的钙钛矿纳米晶体。来自中国台湾地区的研究院也在这项研究中做出了贡献。钙钛矿是一类具有特殊晶体结构的材料，具有吸光和发光的特性，在一系列节能应用中非常有用，包括太阳能电池和各种探测器。虽然钙钛矿纳米晶体是一种新型LED材料的主要候选材料，但在测试中证明其不稳定。研究小组将纳米晶体稳定在多孔结构中，这种多孔结构被称为金属有机框架，简称MOF。基于地球上丰富的材料并在室温下制造，这些LED有朝一日可能会使成本更低的电视和消费电子产品以及更好的伽马射线成像设备，甚至是用于医学、安全扫描和科学研究的自供电X射线探测器。“我们通过将钙钛矿材料封装在MOF结构中来解决其稳定性问题，”DOE用户设施办公室Argonne的奈米材料中心(CNM)的科学家Xuedan Ma说道，“我们的研究表明，这种方法使我们能大幅提高发光纳米晶体的亮度和稳定性。”美国洛斯阿拉莫斯大学前J. R. Oppenheimer博士后Hsinhan Tsai补充称：“在MOF中结合钙钛矿纳米晶体的有趣概念已经以粉末形式被证明，但这是我们首次成功地将其集成为LED的发射层。”之前试图制造纳米晶体LED的尝试被纳米晶体降解回不需要的体积相所阻碍，这使其失去了纳米晶体的优势并削弱了它们作为实用LED的潜力。大块物质由数十亿个原子组成。像钙钛矿这样的材料在纳米阶段是由几个到几千个原子组成的，因此表现不同。在他们的新方法中，研究小组通过在MOF的矩阵中制造纳米晶体来稳定纳米晶体，就像网球被铁丝网夹住一样。他们使用框架中的铅节点作为金属前体，卤化物盐作为有机材料。卤化物盐的溶液中含有甲基溴化铵，它跟框架中的铅反应并在基体中的铅核周围组装纳米晶体。由于基质会使纳米晶体保持分离，所以它们不会相互作用和降解。这种方法是基于一种解决方案涂层的方法，比目前广泛使用的用于制造无机LED的真空处理要便宜得多。MOF稳定的LED可以制造出明亮的红色、蓝色和绿色光以及每种光的不同色调。洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的科学家Wanyi Nie说道：“在这项工作中，我们首次证明了在MOF中稳定的钙钛矿纳米晶体将创造出各种颜色的明亮、稳定的LED。我们可以创造不同的颜色、提高颜色纯度并提高光致发光量子产量，这是一种衡量材料发光能力的指标。”该研究小组使用先进光子源(APS)--DOE位于阿贡的科学用户设施办公室--进行时间分辨X射线吸收光谱分析，这项技术使他们能发现钙钛矿材料随时间的变化。研究人员能跟踪电荷在材料中移动的过程并了解光发射时发生的重要信息。“我们只能通过APS强大的单个X射线脉冲和独特的时间结构来实现这一点，”阿贡X射线科学部的小组负责人Xiaoyi Zhang说道，“我们可以追踪带电粒子在微小钙钛矿晶体中的位置。”在耐久性测试中，该材料在紫外线辐射、热和电场下表现良好且不会降解并失去其光探测和发光效率，这是电视和辐射探测器等实际应用的关键条件。

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 }/stylestyle 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 }/stylep　　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emNature Communications/em上，并已申请中国发明专利。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp 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"//pp 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

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。

来自奥地利格拉茨大学的研究人员近日开发了一种新的测量和成像方法，可在不需要任何染料或标签的情况下解析小于光衍射极限的纳米结构。这种激光扫描显微镜新方法弥补了传统显微镜和超分辨率技术之间的差距，有朝一日或可被用来观察复杂样品的精细特征。　　在国际光学出版集团的高影响力期刊《光学》上描述的这种新方法，是对激光扫描显微镜的改进，它使用强聚焦激光束照射标本。研究人员扩展了这项技术，不仅可以测量光与被研究标本相互作用后的亮度或强度，还可以检测光场中编码的其他参数。　　“我们的方法可帮助扩展用于研究各种样品中纳米结构的显微工具箱。”研究小组组长彼得班泽说，“与基于类似扫描方法的超分辨率技术相比，我们的方法是完全非侵入性的，这意味着它不需要在成像前向标本中注入任何荧光分子。”　　研究表明，新方法可测量金纳米颗粒的位置和大小，精度为几纳米，即使在多个颗粒接触的情况下也可做到。　　在激光扫描显微镜中，光束在样品上扫描，并测量来自样品的透射光、反射光或散射光。大多数显微方法测量来自样品的光强度或亮度，但大量信息存储在光的其他特性中，例如它的相位、偏振和散射角。为了捕捉这些额外信息，研究人员检查了强度和偏振信息的空间分辨率。　　研究人员表示，光的相位、偏振和强度，在空间上都会发生变化，这种变化方式包含了与之相互作用的样品细节，然而，如果只在相互作用后测量总体光功率，那么大部分信息都会被忽略。　　研究人员研究了含有不同大小的金属纳米颗粒的简单样品，通过扫描感兴趣的区域，然后记录传输光的偏振和角度分辨图像展示了这种新方法。他们使用一种算法对测量数据进行评估，该算法创建了一个粒子模型，模型可自动调整，以尽可能精确地模拟测量数据。　　班泽说，尽管这些颗粒及其距离比许多显微镜的分辨率极限要小得多，但新方法能够解决这一问题。更重要的是，该算法能够提供有关标本的其他参数，如颗粒的精确大小和位置。

在过去的十年中，开发“简单”的血液测试并为个性化治疗提供设计，且无需侵入性肿瘤活检取样，使癌症筛查、诊断或监测成为可能，一直是癌症研究的核心目标。来自正在进行的生物标志物开发工作的数据表明，提高早期癌症检测分析的灵敏度和特异性需要多个标志物单独使用或作为多种方式的一部分。在血液中多个维度(基因组、表观基因组、转录组、蛋白质组和代谢组)的癌症相关分子改变以及整合所得的多组学数据有可能发现新的生物标志物并进一步阐明潜在的分子途径。在此，我们回顾了多组学液体活检方法的关键进展，并介绍了“纳米组学”标准模式：开发和利用纳米技术工具来富集并对血液循环癌组进行组学分析。　　论文：Nano-omics: nanotechnology-based multidimensional harvesting of the blood-circulating cancerome译名：纳米组学：基于纳米技术的血液循环癌组的多维采集　　尽管癌症的治疗手段取得了日新月异的成果，但全球人口仍有六分之一的死亡是由癌症导致的。缺乏早期癌症检测工具是造成这种高死亡率的主要原因之一。能够在疾病早期检测血液中肿瘤特征的测试为癌症患者提供了巨大的、尚未开发的潜力，即在肿瘤变得无法治愈之前接受有效治疗。因此，液体活检技术正在迅速发展，不仅可以进行非侵入性肿瘤分析，还可以检测无症状个体的癌症发作。　　基于使用组合治疗方式治疗癌症相似的基本原理(例如，手术、放疗和化疗)，多种血液循环分析物作为“癌症指纹”的协同作用导致了在早期癌症检测中的范式转变。液体活检样本包含一系列蛋白质、核酸、循环肿瘤细胞(CTC)和细胞外囊泡(EV)，它们从多个肿瘤部位进入血液循环，共同反映肿瘤生物学的空间和时间异质性。尽管关于分泌和循环肿瘤材料的动力学仍有待了解，但连续液体活检提供了纵向捕获系统性生物分子变化的可能性，因为它们在肿瘤进展的进化轨迹中动态发展。　　检查各种血液成分中的多维分子变化(基因组、表观基因组、蛋白质组和其他)并整合由此产生的多组学数据集，不仅有可能阐明癌症特异性分子机制和潜在的治疗靶点，而且还可以发现新的用于早期癌症检测的生物标志物组合(图1)。迄今为止，由于液体活检分析物的浓度极低，尤其是在非转移性疾病患者中，对癌症组的综合分析范围上收到了限制，。事实上，基于血液的多组学生物标志物发现的主要瓶颈之一是单独富集和提取不同类型的液体活检分析物所需的大样本量(通常10-15 ml)。此外，多种分析物提取方案影响了所得组学数据集的分析重现性和可比性。　　在此，我们评估了过去十年在早期癌症检测的多组学方法方面取得的进展。我们还介绍了“纳米组学”的概念，这是一种使用纳米技术来解决当前与血液循环癌组的富集和分析相关的技术限制的新兴范式。具体来说，纳米组学利用生物流体培养的纳米材料作为清除平台，在组学分析之前富集和分离癌症衍生的分析物，最终目标是识别用于早期癌症检测的新型多组学生物标志物组。　　图1 多组学液体活检的转化潜力可以通过基于血液的液体活检捕获的肿瘤特异性信息的多个生物分子层的示意图。血液中存在的复杂生物分子特征突出了开发能够从单个血液样本中检测肿瘤特异性多组学特征的方法的机会。确定的多组学特征在癌症生物标志物和药物开发中具有潜在应用。　　1.多组学生物标志物　　目前，大多数液体活检测试基于蛋白质或游离DNA (cfDNA)分析物，临床上用于检测预后和预测性生物标志物主要是帮助选择最佳治疗策略。例如，血清癌抗原15-3常用于监测晚期乳腺癌患者的治疗反应，血浆cfDNA的EGFR突变检测可用于预测非小细胞肺癌患者对EGFR酪氨酸激酶抑制剂的反应性。随着此类检测在临床上的普及，正在进行的生物标志物发现工作正逐渐朝着开发用于癌症筛查和早期检测的多分析物检测方向发展。尽管评估单一蛋白质(例如，用于前列腺癌筛查的前列腺特异性抗原)或多种蛋白质(例如在已知盆腔肿块的女性的术前检查中用于卵巢癌检测的OVA1组)的分析已经成功应用于临床，(表观)基因组学方法目前仍在早期癌症检测领域占据主导地位。　　循环肿瘤DNA (ctDNA)由封闭在CTC内或由于肿瘤细胞凋亡或坏死而释放到血流中，正在成为早期癌症检测的最有希望的生物标志物之一。尽管ctDNA仅占总cfDNA的一小部分，但下一代测序(NGS)方法能够放大ctDNA信号，因此优于基于质谱(MS)的蛋白质生物标志物发现方法。目前，超过30项正在进行的大型队列临床试验正在评估血液中基于ctDNA的生物标志物。单基因分析已逐渐演变为多基因NGS分析，最近又演变为多模式液体活检方法。不同类别的生物标志物分子的整合不仅有可能提高癌症检测的灵敏度和特异性，还可以将肿瘤定位在特定的解剖部位。　　作为多癌症早期检测液体活检发展的领军技术，两种不同的多重生物标志物特征平台目前正在前瞻性临床研究中进行测试：CancerSEEK和GRAIL测试。 CancerSEEK测试使用蛋白质基因组生物标志物组，并在一项回顾性研究中进行了初步临床评估后，首次在通过基于选择性突变的血液采集和测试(DETECT-A)早期检测癌症研究中对没有癌症病史的患者进行了前瞻性评估。1005名临床检测到8种不同类型的非转移性癌症患者。最初的概念验证回顾性研究评估了一个包含16个基因和8种蛋白质的多分析物组，并证明了70%的中位测试灵敏度(在8种不同癌症类型之间以及疾病阶段之间存在相当大的差异)和超过99%的特异性。此外，监督机器学习算法的应用正确识别了63%的CancerSEEK测试呈阳性的患者的起源器官。随后的DETECT-A研究是第一个评估多分析物(16种基因和9种蛋白质)和多癌症血液检测的前瞻性和介入性试验，涉及10006名无已知癌症的女性(年龄65-75岁)报名时。研究期间共进行了96例癌症诊断，其中26例仅使用CancerSEEK血液检测，24例通过标准护理筛查检测，其余46例根据症状或其他方式检测。据报道，单独使用CancerSEEK测试对所有癌症类型的敏感性为27.1%，与标准护理测试结合使用时为52.1%。然而，应该注意的是，CancerSEEK测试依赖于诊断性PET-CT扫描来确认所有阳性病例并将癌症定位到特定的解剖部位。尽管如此，该试验表明，多分析物血液检测与PET-CT和标准癌症筛查方案相结合，不仅可以有效地纳入常规临床护理，还可以促进旨在治愈的手术。最新版本CancerSEEK的验证目前正在一项前瞻性观察研究中进行，该研究对1000名已知或疑似癌症患者和2000名未患癌症的人进行，命名为ASCEND(Detecting Cancers Earlier Through Elective Plasma-based CancerSEEK Testing–Ascertaining Serial Cancer Patients to Enable New Diagnostic)。　　GRAIL测试使用基于血浆cfDNA中DNA甲基化模式的替代检测方法，该模式通过对超过100000个信息甲基化区域进行亚硫酸氢盐测序确定。该平台目前正在一项雄心勃勃的临床计划中进行多癌症筛查测试，其中包括五项前瞻性试验：循环无细胞基因组图谱(CCGA)研究(NCT02889978)、STRIVE (NCT03085888)、SUMMIT(NCT03934866)、PATHFINDER(NCT04241796)和PATHFINDER2 (NCT05155605)。基础CCGA研究表明，这种靶向DNA甲基化检测可以检测50多种癌症类型，同时还能以93%的准确度预测癌症信号起源的组织。在所有疾病阶段都检测到癌症(I-III期敏感性：43.9% I-IV期敏感性：54.9%)，特异性超过99%。通过与英国国家卫生服务局的合作，最新版的GRAIL测试(Galleri)的临床和经济性能将在一项包括140000名50-77岁参与者的试点筛选研究中进行前瞻性评估。值得注意的是，CancerSEEK和GRAIL测试都被授予FDA突破性设备状态，突出了多分析物测试在早期检测多种癌症类型方面的巨大潜力。　　除了无细胞基因组和蛋白质组癌症生物标志物之外，研究人员还尝试从血液中纯化和表征CTC和肿瘤衍生的EV用于实时监测治疗反应。CELLSEARCH系统是第一个获得FDA批准的平台，旨在捕获、纯化和枚举上皮来源的CTC，以预测转移性乳腺癌、结直肠癌或前列腺癌患者的预后。目前，计数极少的CTC(转移性疾病患者每毫升血液中通常为1-10个)是基于上皮标志物的表达，例如上皮细胞粘附分子(EpCAM)和细胞角蛋白8、18或19，并依赖于无法维持CTC活力的基于抗体的细胞捕获和染色方法。目前，CTC的临床效用仅基于计数，并且仅限于预测临床结果而不是实现癌症检测。然而，大量的CTC富集技术正在开发中，以实现异质CTC种群的顺序采样和分子谱分析。从散装细胞策略到对可行和完整的患者衍生CTC进行单细胞分析的转变推动了具有集成下游分子分析功能的微流体技术的发展，包括ClearCell FX1系统。　　肿瘤分泌的EV不仅与肿瘤生长和转移有关，而且还可能稳定地封存癌症相关蛋白质、核酸和脂质的宝库。与CTCs相比，EVs在生物体液中的含量更高，尽管从生物体液的背景分子成分中重复分离和富集EVs仍然是众所周知的困难。 DNA条形码标记、3D纳米图案微流控芯片和无标记纯化平台(例如，通过超快分离系统(EXODUS)检测外泌体)只是目前正在开发的克服与传统超速离心相关在纯化效率、产量、速度和稳定性方面限制的基于抗体的EV纯化方案的几个例子。将生物分子或生物物理富集与在单个微流控平台(例如，外泌体模板等离子体技术TPEX)内对EV封存的生物标志物(例如蛋白质和microRNA)的多重检测相结合，在分离EV方面显示出来自非囊泡生物流体成分巨大的前景。　　还尝试使用基于免疫亲和的微流体接口从单个样品中对CTC和EV进行双重隔离和分析。例如，双重用途的OncoBean (DUO)微流体装置已被证明能够从黑色素瘤患者的血液样本中同时分离CTC和EV，并使用多重实时定量逆转录 PCR (RT-qPCR) 测试对这些分析物进行分子分析，检测一组96个黑色素瘤相关基因的表达模式。使用单个设备或平台富集多种癌症分析物被认为是多组学液体活检领域的下一个前沿。　　2.数据分析与整合　　尽管组学数据集的可用性越来越高，但由于需要对多组学数据集进行计算操作和解释，所以将生物标志物发现转化为临床试验仍然具有挑战性。大规模的国际研究网络开始意识到在癌组整合层上捕获数据的巨大潜力。癌症基因组图谱 (TCGA)是2005年发起的泛癌基因组学联盟，现已扩展到多组学，包括超过2.5 PB的基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组数据。美国国家癌症研究所的临床蛋白质组肿瘤分析联盟(CPTAC)是多机构倡议的另一个例子，旨在利用蛋白质组数据集的互补性，为不同癌症类型提供新的分子见解。　　从单个患者样本中生成的多组学数据集的集成为发现血液中疾病特异性分子特征提供了巨大的潜力。然而，多组学数据分析比“单组学”分析更具挑战性，以下六个关键问题仍有待解决：(1)命名差异(例如，以基因为中心的与以蛋白质为中心的)和标识符弃用可能会无意中合并不同的分子种类 (2)每种数据模式都受制于其自身特定的噪声和分布特征，这需要在分析工作流程中使用大量相互依赖的软件工具 (3)开发和执行多组学工作流程需要广泛的领域知识 (4)工作流程复杂，难以优化，容易出错 (5)结果可能高度依赖于分析工作流程的设计 (6)复制和比较结果可能会因工作流程的细微变化而变得复杂。　　目前已经开发了许多工作流程解决方案以实现多组学数据的关联，例如 GalaxyP和WINGS。但目前对于从此类数据集中选择关键生物标志物尚无共识。用于多组学数据分析和整合的可用工具和方法已在其他地方进行了彻底审查。　　3.癌组的纳米富集　　MS和NGS的技术进步极大地推进了血液中蛋白质组学特征的分析，但只有少数基于血液的癌症生物标志物测定已获得FDA批准。从血液中提取和纯化癌症相关分析物仍然是限制液体活检进入常规临床实践的主要瓶颈。　　对新型早期检测生物标志物的探索引起了基于纳米技术平台的开发，这些平台旨在丰富血液癌组的不同成分(包括蛋白质、ctDNA、CTC和EV)。这些“纳米富集”策略中的大多数依赖于纳米粒子的高表面体积比以及它们的表面工程和功能化能力。所有这些利用纳米级技术或材料特性的策略都包含在纳米组学范式中。在这里，我们讨论了当前阻碍液体活检临床转化的技术挑战，并重点介绍了已用于克服这些挑战的纳米组学平台示例(表1)。　　靶向纳米组学基于纳米颗粒表面的功能化，靶向部分作为特定癌症相关分析物的识别元素。相比之下，“非靶向纳米组学”方法依赖于癌症相关分析物在与生物流体孵育后非特异性吸附到纳米颗粒表面(图2)。已经开发了许多靶向纳米组学方法，主要用于富集EV和CTC(图2和3)，而癌症分析物在生物流体孵育的纳米粒子表面的自发吸附仅在过去5年有使用，主要用于蛋白质和cfDNA的富集和分析(表1)。我们强调，尽管在免疫测定和生物传感器中加入基于纳米颗粒的探针经过广泛研究，但其不属于纳米组学方法的范围。这种生物传感器的输出信号是基于纳米颗粒-分析物复合物独特的光学和电化学特性，而不是基于纳米颗粒富集分析物的下游组学分析。　　图2 纳米组学范式概述“纳米组学”方法的示意图，其中纳米材料被用作清除平台，以从生物体液中捕获、富集和分离癌症相关分析物以进行下游组学分析。“靶向纳米组学”需要使用靶向部分对纳米材料表面进行功能化捕获特定的癌症分析物，而“非靶向纳米组学”依赖于癌症分析物非特异性、自发吸附到纳米颗粒表面(称为生物分子电晕形成)。基于纳米材料的采集平台可以同时从单个外周血样本(以及可能的其他生物体液)中丰富癌症特异性基因组、转录组、蛋白质组和脂质组特征。纳米组学方法旨在应用生物-纳米界面获得的知识，以实现复杂生物流体的多组学分析，最终目标是推出用于早期癌症检测的新型多分析物生物标志物。cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 EV，细胞外囊泡。　　表1 使用纳米组学方法分析液体活检分析物的示例研究　　ASGPR1，去唾液酸糖蛋白受体1 cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 ddPCR，微滴数字PCR ELISA，酶联免疫吸附试验 EpCAM，上皮细胞粘附分子 EV，细胞外囊泡 ICC，免疫细胞化学 IHC，免疫组化 LC-MS/MS，液相色谱和串联质谱 nano-HB，纳米人字形结构 NP-HBCTC-chip，纳米颗粒人字形循环肿瘤细胞芯片 NSCLC，非小细胞肺癌 PEDOT，聚(3,4-乙撑二氧噻吩) PEG，聚乙二醇 PEI，聚乙烯亚胺 PIPAAm，聚N-异丙基丙烯酰胺 PLGA，聚乳酸共乙醇酸 PL，磷脂 qPCR，定量PCR RT-ddPCR，逆转录微滴数字PCR RT-qPCR，实时定量逆转录PCR SWATH-MS，连续窗口全理论碎片采集质谱 TROP2，肿瘤相关钙信号传感器2。　　3.1 蛋白和ctDNA采集　　在血液循环的生物分子中，蛋白质是细胞过程的生物学终点。因此，蛋白质在历史上作为最受关注的分子生物标志物。然而，直接从血液中发现新的蛋白质生物标志物由于高丰度蛋白(例如，白蛋白约占总蛋白质含量的50%)的压倒性掩蔽效应而变得错综复杂。尽管基于无标记MS的蛋白质组学取得了相当大的进步，但这种信噪比问题极大地阻碍了血液中疾病特异性蛋白质特征的识别。血浆免疫亲和消耗柱被广泛用于克服白蛋白掩蔽的问题，但会导致低分子量(LMW)蛋白质组(例如，60 kDa的蛋白质)以及高丰度载体蛋白的大量损失。　　2003年首次提出使用富集纳米粒子来增强血液中LMW癌症蛋白质组的蛋白质组学分析，但这一概念仅在过去十年中才引起纳米科学界的兴趣(表1)。由 Liotta、Petricoin及其团队开发的Nanotrap技术使用核壳亲和诱饵水凝胶纳米粒子作为蛋白质收集器。与上述免疫亲和柱类似，Nanotrap技术能够将高丰度的高分子量(HMW)蛋白与LMW蛋白分离。具体来说，纳米颗粒的多孔外壳阻止HMW但不阻止LMW蛋白的进入，而内核包含共价连接的化学亲和诱饵，可捕获LMW蛋白以进行收获和后续分析。值得注意的是，虽然初步可行性研究证明了Nanotrap颗粒作为蛋白质生物标志物发现平台的潜在用途，但该技术主要用于捕获和富集已知的生物标志物蛋白质。　　蛋白质在与生物体液一起孵育后自发且非靶向吸附到纳米颗粒表面，称为“蛋白冠”(框1)，也已被用于蛋白质生物标志物的发现。在过去的十年中，我们了解到复杂的蛋白质电晕会在所有纳米级材料的表面上以不同程度迅速形成，这取决于它们的物理化学性质和表面特性。事实上，纳米粒子对血液蛋白的结合亲和力已被证明是由许多不同的因素决定的，包括它们的大小、表面电荷和功能化以及纳米粒子-生物流体的孵育条件(框1)。　　对低丰度蛋白质的纳米颗粒电晕富集和分析进行体内研究，首先需要通过将脂质纳米颗粒静脉注射到荷瘤小鼠和卵巢癌患者体内。随后通过尺寸排阻色谱法从血液中回收电晕包被的纳米颗粒并从高丰度背景分子(没有诊断价值)中纯化纳米颗粒结合的蛋白，从而能够对血浆蛋白质组的LMW部分进行高分辨率分析。这项最初的范式转变工作引发了人们对体外形成的蛋白质电晕指纹作为一种新工具的临床开发的兴趣，该工具用于对从癌症患者队列中获得的血浆样本进行蛋白质组学分析。通过无标记蛋白质组学技术对“健康”和“患病”纳米颗粒电晕样本进行全面比较，可以识别多种以前未被识别的候选生物标志物蛋白(表1)。　　在这些原理的基础上，Proteograph平台已被开发用于深度分析等离子体蛋白质组，该平台使用具有不同表面特性的有不同的电晕轮廓的磁性纳米粒子组合。由于2D和3D纳米材料是过量的，因此需要做更多的工作来研究各种类型的纳米颗粒的组合是否能在MS分析中显著“扩大”血液蛋白质组的覆盖范围。还存在从血浆样品中纯化和回收电晕涂层纳米颗粒、纳米颗粒制剂的合成和稳定性以及所需的样品量是可能阻碍此类生物流体预处理方案开发的一些亟需解决的技术挑战。　　最近，纳米颗粒蛋白冠的形成在概念上已经转变为由蛋白质、脂质、多糖和核酸组成的多层分子自组装，称为“生物分子冠”(框1)。例如，我们展示了cfDNA与基于脂质的纳米颗粒在与人类血浆样本孵育时的相互作用。这一额外组学维度的发现以及在患有晚期卵巢癌的女性(与年龄匹配的未患癌症的女性相比)样本中发现的显著更高丰度的纳米粒子冠状cfDNA为进一步研究卵巢癌铺平了道路。有趣的是，对相同纳米颗粒电晕样本的蛋白质组学分析揭示了组蛋白中的癌症特异性升高，表明核小体介导的纳米颗粒cfDNA相互作用。虽然 microRNA(在蛋白质复合物中或封存在EV中)的纳米颗粒表面吸附仍有待研究，但这些发现突出了开发能够同时富集和纯化血浆蛋白和无细胞游离核酸的纳米蛋白质组收获平台技术的机会。　　使用纳米粒子从血液中纯化cfDNA的替代方法只有少数正在探索中，包括阳离子磁性纳米线系统的开发。在一项原理验证研究中，这种纳米纯化方法在收集cfDNA以通过液滴数字PCR检测EGFR突变方面优于金标准QIAamp循环核酸试剂盒。此外，从非小细胞肺癌患者的血液中共同分离CTC和cfDNA证明使用单个纳米颗粒平台有富集多种分析物的潜力。其他证明金纳米粒子与甲基化DNA相互作用的研究也为利用生物纳米界面检测cfDNA中癌症特异性甲基化模式奠定了基础。　　3.2 CTC和EV分离　　将CTC和EV从癌症患者的血液中高效提取和纯化是液体活检分析物进行临床转化的关键，这给纳米技术人员带来了工程创新挑战。基于金标准CTC免疫捕获的方法无法收获功能上可行的CTC的异质群体。因此，目前CTC的临床应用只是基于它们在大量造血细胞中的检测和计数，并且仅在高负担、转移性疾病患者中进行。尽管血液中的EV数量更多，但它们的小尺寸和低密度带来了一系列独特的技术挑战。传统的台式EV纯化技术(如超速离心、聚合物诱导沉淀等)主要依赖于它们的物理特性，需要几个小时并无法区分癌症衍生的EV和非恶性细胞释放的EV。　　已经进行了许多利用CTC和某些EV子集的癌症特异性的尝试，以使用纳米组学方法增强血液CTC和EV及其基因组、转录组和蛋白质组的捕获和分离。这些收获策略中的大多数需要用针对众所周知的CTC和EV表面抗原(如 EpCAM、HER2、CD9、CD81和CD63)的抗体涂覆纳米颗粒表面。已经开发了广泛的纳米技术来捕获血液CTC和EV(表1和图3)，包括磁性、金、硅、二氧化钛(TiO2)和碳纳米材料平台，具有不同程度的设计复杂性和成功率。为了解决与CTC固有异质性相关的问题并提高捕获效率，还使用了不同抗体的混合物对相同的纳米颗粒平台进行功能化。例如，用抗体混合物标记的磁性纳米线已被证明能以100%的效率(29名患者中的29名)从250 µl血液样本中有效分离早期非转移性乳腺癌衍生的CTC。　　抗体靶向纳米颗粒也已集成到微流体装置中，与标准的CTC或EV分离方法相比，该装置需要更少的样品量并具有更高的检测灵敏度，并且可以设计成多步功能(例如，分析物分离、鉴定和检测)。这种基于纳米颗粒的平台的例子包括Poudineh等人设计的基于磁性排序流式细胞仪的微流控芯片，以根据其表面蛋白表达表型分析CTC，以及Zhang等人开发的具有自组装3D人字形纳米图案的Nano-HB微流控芯片，用于检测卵巢癌患者血浆中低水平的肿瘤相关外泌体。结合纳米颗粒分离CTC或EV以及下游细胞内或囊泡组学分析的微流控芯片也在开发中，并逐渐演变为综合多物种分析平台。　　纳米材料提供的多模态工程能力使其能够从复杂的生物流体中同时捕获和可视化癌症分析物，以及对捕获的分析物进行刺激响应分离和取样以进行进一步分析。多功能纳米颗粒平台的一个例子是由Zhou等人开发的发光聚乙二醇功能化免疫磁性纳米球，用于对从EpCAM+上皮癌患者的外周血样本中分离的CTC进行高分辨率可视化。量子点沉积在这些磁响应Fe3O4纳米颗粒上，除了与血液进行磁分离外，还可以实时监测CTC的回收过程。最后，使用含二硫键的接头将抗EpCAM抗体连接到这些纳米颗粒构建体的表面，使谷胱甘肽介导释放活化的CTC。　　除了这些上皮标记依赖技术之外，还有研究利用CTC对裸碳基纳米颗粒表面的高亲和力的不依赖标记的方法，并有望捕获更广泛的CTC亚型，从而能够表征其独特的转移潜力。例如，在概念验证研究中，Loeian等人开发了一种碳纳米管CTC芯片，能够从4毫升或8.5毫升血液样本中根据细胞角蛋白8或 18、EGFR和HER2成功捕获具有各种表型的异质CTC，血液样本来自7名I-IV期乳腺癌患者获得的每毫升血液中0.5-28个CTC。从污染的白细胞中纯化并将粘附的CTC从纳米管CTC芯片中释放出来需要进行更多的优化工作，用于后续的组学分析。　　因此，大量证据表明纳米技术解决方案可以增强血液循环癌组的采样。尽管如此，还需要对收获的CTC和EV进行下游蛋白质组学分析，以便在早期癌症检测的背景下充分实现纳米组学方法的承诺。　　4.纳米组学的愿景和挑战　　多组学液体活检分析的兴起正在逐渐改变我们捕获癌组复杂的方式。基于血液的癌症多组学分析有可能最终涵盖基因组学、表观基因组学、蛋白质组学、脂质组学和代谢组学特征，从而更深入地了解肿瘤发生并提高早期检测的敏感性(图1)。血液中液体活检分析物的含量极低，这要求开发新技术以使癌组富集，同时最大限度地减少所需的样本量。　　本文介绍了纳米组学方法并将其定义为利用纳米技术从生物体液中分离分析物以进行后续(多)组学分析(图2)。纳米组学寻求应用在生物与纳米界面获得的知识，对血液和其他生物体液中存在的疾病特异性分析物或分析物特征进行全面分析。纳米组学的最终目标是产生具有高信息能力的综合多组学知识，并揭示新的分子生物标志物组。　　基于纳米技术的平台在从血液中富集CTC和EV方面以及揭示过去隐藏的血液蛋白质组方面显示出了巨大的潜力。虽然靶向纳米组学方法(通过具有靶向部分的纳米颗粒的功能化)主要用于捕获血液CTC和EV，但最近利用纳米颗粒进行血液蛋白质组学分析的努力是基于蛋白质电晕形成的非靶向自发现象(框1)。根据这一策略，纳米颗粒充当捕获LMW血液蛋白质组的“纳米网”，从而解决了迄今为止困扰无标记蛋白质组学分析的信噪比挑战。　　纳米技术界已经开始将目光投向明确表征的蛋白质冠之外，现在正在研究纳米粒子与共同构成所谓的生物分子冠的其他生物分子种类的自发相互作用，包括脂质、代谢物和cfDNA。生物分子电晕提供的复杂分子指纹为纳米技术人员提供了一个令人兴奋的机会，可以开发用于血液多组学分析的纳米级平台。尽管还有很多工作要做，但我们设想未来基于纳米颗粒的清除平台将同时从单个生物流体样本中捕获癌症特异性基因组、转录组、蛋白质组和脂质组信息(图2)。　　纳米颗粒生物分子电晕作为在多个组学层发现生物标志物的有效工具可以部署在一系列生物标志物应用和紧迫的临床中。特别是对于早期疾病检测，纳米组学提供了一种综合解决方案：通过单次抽血分析整个循环癌组，同时还探索了在癌症中知之甚少的替代循环生物分子(如脂质和代谢物)的作用。与其他旨在捕获和量化已知癌症相关分析物的基于纳米颗粒的生物传感技术不同，纳米组学“采血”方法有可能加速生物标志物开发程序的发现阶段。为了推动这种基于血液的纳米级清除平台的发展，纳米科学界需要关注可供他们使用的大量纳米材料的转化潜力。　　虽然纳米组学可以解决与液体活检分析相关的一些技术障碍，但其他方面的挑战正在成为阻碍癌症生物标志物临床转化的限制因素。这些障碍包括需要基于高维机器学习的生物信息学方法来整合从单个样本的多组学分析中获得的大型且不同的数据集，以及开发适用于临床使用的多分析物设备。事实上，英国癌症研究中心早期癌症检测路线图强调了在基础和分子生物学、分析技术和机器学习的交叉研究领域需要一种整体方法。从实验室过渡到临床需要合并包括学术研究、工业、研究资助者、监管机构和医疗保健专业人员在内的多部门网络。生物标志物开发的发现阶段通常在学术实验室中启动，并引导多个候选生物标志物的识别。将这些发现转化为具有多路复用能力的临床试验需要在大量患者中进行的分析和临床验证研究中投入大量资源。　　最后但并非最不重要的一点是，生物标志物程序的验证阶段在很大程度上取决于样本的可用性，由于血液样本不是从患有此类癌症的患者身上常规收集，因而可能对早期癌症的研究提出特别的挑战。样本收集、处理和储存过程对验证阶段的分析重现性提出了额外的挑战。最后，癌症筛查方法的一个重要考虑因素是将液体活检分析与标准的基于成像的筛查实践相结合的价值。这种多模式早期检测方法最有可能提供有关肿瘤定位和大小的精确信息，并解决过度诊断的问题。　　框1 纳米颗粒生物分子电晕“生物分子电晕”是指各种生物分子在与生物液体一起孵育时，在纳米颗粒表面上的自发吸附和自组装分层。蛋白质在纳米颗粒上的吸附被称为“蛋白质电晕”。生物分子电晕的组成受多种因素影响。具体而言，组成由纳米颗粒的各种物理化学性质以及纳米颗粒在生物流体中的孵育条件定义(图)。cfDNA，无细胞DNA。　　　　图3 基于纳米材料的血液EV和CTC分离为促进血液样本中细胞外囊泡(EV)和循环肿瘤细胞(CTC)富集而开发的几种纳米技术的示意图摘要。大多数EV和CTC富集策略是基于具有特定靶向部分(通常是抗体)的纳米颗粒或纳米线的表面功能化 然而，也有人提出了无标记富集方法。针对CTC和EV的特定表面配体包括上皮细胞粘附分子(EpCAM)、HER2、CD9、CD63和CD81。PLGA，聚乳酸-羟基乙酸共聚物。　　结论　　我们可以清晰地看到来自液体活检样本的综合多组学特征是精准医学和早期癌症检测的未来。由于组学分析工具和基于机器学习的生物信息学方法的重大进步，液体活检有可能克服与组织活检取样相关的许多限制，包括更好地捕获和反映肿瘤异质性。使用纳米技术发现癌症生物标志物仍处于起步阶段，但使用纳米粒子作为血液循环癌组(蛋白质、ctDNA、CTC、EV等)的收获剂提供了巨大的潜力，并可能重新定义早期癌症检测的未来。我们在此定义的纳米组学方法利用生物-纳米界面处的靶向和非靶向相互作用来揭示潜在的新型多组学生物标志物组并破译嵌入组学数据中的多维信息。综合生物信息学数据分析工具的开发以及生物标志物程序验证阶段所需的人体生物样本和多分析物测试的可用性将是这种纳米组学范式临床转化的关键。　　原文链接：　　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35739399/

近日，中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所喻学锋、赵海涛团队，联合中国科学技术大学、澳大利亚国立大学等，在《自然-合成》(Nature Synthesis)上，发表了题为A Robotic Platform for Synthesis of Colloidal Nanocrystals的研究论文。该工作首次将数据挖掘、数据驱动自动化合成、机器学习、逆向设计集成构建了机器人辅助胶体纳米晶数字制造平台，有望将科研人员从传统试错实验、劳动密集型表征中解放，实现胶体纳米晶数字化制备。纳米晶在能源、光学、光化学、电化学、光电子学以及生物医药等领域颇具应用潜力。纳米晶物理化学性质与其形貌、尺寸息息相关，而传统的试错实验和密集表征需花费大量时间和精力，制约了纳米晶的研发。为此，研究团队整合数据驱动自动化合成、机器人辅助可控合成、面向形貌逆向设计等技术，构建了机器人辅助胶体纳米晶数字智造平台，以此突破当前纳米晶可控合成研究的局限性。其中，自动化平台由自动化合成模块、自动化表征模块和协作机器人三大模块构成，每个模块包含若干子模块，具有高通量合成、样品存储、原位光学、光谱学表征等功能(图1)。科研团队以两种典型的胶体纳米晶为研究范例，一是目前在生物传感检测领域被广泛研究的金纳米棒，二是在新能源和光学探测领域颇具应用潜力的钙钛矿纳米晶。为了实现自动化合成，研究人员对文献进行数据挖掘，以提供关键合成参数的初始选择。针对金纳米棒，对1300篇已报道的金纳米棒合成的相关文献进行数据挖掘，并对其关键参数进行分水平排序，从而获取机器人执行参数，并设计正交实验及高通量实验验证，获取了金纳米棒形貌调控的重要参数。针对双钙钛矿，通过对其他钙钛矿相关文献进行数据挖掘，筛选出潜在的可供调节双钙钛矿尺寸形貌的48种溶剂和61种表面活性剂，结合高通量原位合成和表征，快速实现了溶剂和表面活性剂的筛选。进一步，研究通过设计单因素、双因素以及三因素实验，进行高通量合成、原位光学表征(RGB值获取)、原位光谱学表征以及异位表征(透射电镜、扫描电镜)等获得大样本数据和小样本数据，结合机器学习，获得了合成关键参数(结构导向剂)与吸收光谱之间的关系模型以及吸收光谱和纳米晶尺寸的关系(图2)。通过积累数据样本，模型得到进一步完善。此外，研究根据两种材料大样本颜色信息(RGB)，还可构建颜色信息与纳米晶尺寸之间的关系模型。这一模型可作为快速鉴定纳米晶尺寸的另一个指标。得益于这些模型的构建，输入目标产物尺寸信息即可反馈合成关键参数(结构导向剂)，从而实现纳米晶高效逆向设计及合成(图3)。因此，该工作在数据驱动机器人合成纳米晶领域颇具前景。深圳先进院是第一通讯单位。研究工作得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市自然科学基金、深港澳科技计划等的支持。

全固态锂离子电池因为采用固体电解质，不含易燃、易挥发组分，彻底消除因漏液引发的电池冒烟、起火等安全隐患，被称为最安全的电池体系。固体电解质是全固态锂离子电池的核心部件，硫化物固体电解质因为高离子电导率、合适的电化学窗口以及较好的力学性能而受到广泛关注。目前，制备含硫固体电解质的方法一般采用振动球磨法长时间球磨混合前驱体原料后，再高温煅烧而获得。深圳大学田冰冰教授团队首次报道了一种创新的制备含硫固体电解质的方法：采用刀片式研磨机高速混合前驱体原料，仅需不到5分钟，即可进入煅烧步骤制得含硫固体电解质。通过此法制得的硫化物固体电解质离子电导率高达20 mS cm-1，组装成固态电池后测得在0.1C电流密度下，比容量达到165 mA h g-1，同时，具有良好的倍率性能和循环寿命。如下为文献[1]中提到的刀片式研磨机高速混合与传统球磨方法的优势对比：制备方法传统球磨高速研磨混合设备行星式球磨机高速刀片式研磨机混合方式球磨刀片研磨最大处理量50g500g转速180/360rpm10000-25000rpm耗时重复次数1-2h10-20次25s6次煅烧条件取10-20g置于密封石英管中460-555℃×16h取100-300g置于氧化铝坩埚中460-555℃×16h显然，采用高速刀片式研磨机混合前驱体，处理量增大了近十倍，且缩短了研磨时间，大大提高了制备效率。IKA Multidrive control研磨机是一款采用了德国先进制造工艺的高速刀片式研磨机，可满足各种需要高速研磨或高速混合的应用场景。 关于IKAIKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、恒温培养箱/烘箱、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、生物反应器、化学合成釜、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。 艾卡（广州）仪器设备有限公司是IKA 集团于2000年设立的全资子公司，主要负责为中国和蒙古国提供产品、技术和服务支持。

越来越多的高科技已经进入到我们日常生活之中，比如纳米服装。将纳米级的微粒覆盖在纤维表面或镶嵌在纤维甚至分子间隙间，利用纳米微粒表面积大、表面能高等特点，在物质表面形成一个均匀的、厚度极薄的（肉眼观察不到、手摸感觉不到）、间隙极小（小于100nm）的‘气雾状’保护层。使得常温下尺寸远远大于100nm的水滴、油滴、尘埃、污渍甚至细菌都难以进入到布料内部而只能停留在布料表面，从而产生了防水、防油、防紫外线等特殊效果。但是这些衣物经过洗涤，直到最终被丢弃，其中的纳米颗粒又会对环境造成负担。如何测定和评价纳米科技纺织品的纳米颗粒数量和尺寸分布，是纺织行业面对的新课题。 二氧化钛（TiO2）纳米颗粒具有紫外线防护功能和抗菌特性，并且能够提高织物的亲水性并减少异味，因此被越来越多的应用到纺织行业。本应用报告使用单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS），研究了几种商业纺织产品中TiO2纳米颗粒的释放情况。样品用于评估的五种纺织样品均从当地商店购买，如表1所述。40％TiO2纳米颗粒（30-50 nm）悬浮液购自美国研究纳米材料公司（US Research Nanomaterials™ ，位于美国德克萨斯州休斯顿市）。为了促使纳米颗粒分散，将Triton X-100（购自西格玛奥德里奇公司Sigma- Aldrich™ ，位于美国密苏里州圣路易斯）添加到所有溶液中，最终浓度为0.0001％。实验测量总钛时，将0.25g的每种纺织样品切成小片，放入5mL浓硝酸（65％）和1mL的浓氢氟酸（49％）中，放入微波炉中消解。消解后，每个样品添加6mL 10％H3BrO3（v/v），放入微波炉中与HF络合15分钟。然后，用去离子水将样品定容至50mL，并采用常规ICP-MS进行分析。检查TiO2纳米颗粒从织物中的释放情况时，每个样品取400cm2，浸入200mL去离子水中。对容器超声处理15分钟，然后将其放在摇床上（每分钟150次）24小时。对容器进行第二次超声处理，然后取出等分液体进行分析。向空白去离子（DI）水中掺入2.7μg/L TiO2纳米颗粒，作为对照品。如有必要，用去离子水进一步稀释样品，并在两次稀释之间进行超声处理，以最大程度地减少纳米颗粒团聚。所有分析均在珀金埃尔默（PerkinElmer）的NexION电感耦合等离子体质谱仪上进行，该质谱仪上运行Syngistix™ 以用于ICP-MS软件。进行纳米颗粒分析时，使用Syngisitix纳米应用模块进行数据收集和处理。表2示出了进行TiO2纳米颗粒分析的NexION工作条件。实验结果图1示出了TiO2纳米颗粒（对照品）和三个样品的信号。这些图表清晰地显示了样品之间的差异：虽然TiO2纳米颗粒对照品显示出可重复的、均匀的粒度分布，但样品的纳米颗粒粒度分布更大，高达200nm。此外，同一类型的样品之间也存在差异，如样品A和D所示。样品B和样品C不含大量TiO2纳米颗粒。下面的表3和表4，分别为A~E样品中的总Ti含量和TiO2纳米颗粒的尺寸和浓度。婴儿连体衣A和B形成了有意思的对比：A含有的基本全是TiO2纳米颗粒，而B含有的基本都是其他形态的Ti离子。结论本研究表明，SP-ICP-MS能够检测和测定纺织品中释放的TiO2纳米颗粒。使用SP-ICP-MS可以快速分析大量颗粒，能够提供单个颗粒的信息，克服了常规纳米颗粒分析技术的局限性。本研究结果表明，各个纺织产品都含有粒度和浓度不等的TiO2纳米颗粒。了解更多应用资料和产品信息，扫描下方二维码，下载珀金埃尔默单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SPICP-MS）表征织物中TiO2纳米颗粒的释放相关资料。

导 读电动车正以其丝滑加速、便捷操控、环保和静音等优越体验俘获着一众新老司机，大街小巷悄然增多的电动车不断刷新着新能源车销量记录。工信部官微“工信微报”1月披露，2021年，我国新能源汽车销售完成352.1万辆，同比增长1.6倍，连续7年位居全球第一。电动车的核心是电池，电池的关键是正极材料，正极材料性能的基础在于前驱体，而电池级硫酸盐是制备三元前驱体的重要原料。近年来，前驱体生产企业发现，硫酸盐原料中引入的有机物残留会显著影响前驱体的合成，引起形貌变化和振实密度降低，最终导致电池容量显著下降。通过使用总有机碳分析仪（TOC）监测硫酸盐中的有机物残留，可保证前驱体的稳定生产。 三元前驱体生产工艺三元前驱体指镍钴锰的氢氧化物，是生产三元正极材料的重要上游材料，通过与锂源混合后，烧结制得三元正极成品，其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。 图1 三元前驱体单颗粒中Ni、Co、Mn和O元素分布（由岛津电子探针EPMA-8050G拍摄） 目前三元路线的前驱体主要以共沉淀法合成，将镍、钴、锰的硫酸盐配制成可溶性的混合溶液，然后与氨、碱混合，通过控制反应条件形成类球形氢氧化物。 三元前驱体溶液中有机残留物的影响在镍钴锰硫酸盐的提纯过程中，会使用260#溶剂油、P204和P507等萃取剂，这些有机萃取剂残留在盐溶液中，将严重影响前驱体的合成，在沉淀生成过程中导致形貌疏松，无法成球，粒度分布宽化，振实密度下降。马跃飞在《高镍多元前驱体的制备与研究》[1]中评估了类似有机物残留的“油分”指标对形貌的影响，并提出需要控制溶液中油分在5ppm以下。由华友钴业等企业起草的团体标准《T/ATCRR10-2020电池级硫酸钴溶液》、《T/ATCRR11-2020电池级硫酸锰溶液》和《T/ATCRR12-2020电池级硫酸镍溶液》中，对优等品硫酸盐溶液中油分的限值分别为0.0100g/L、0.0100g/L和0.0050g/L。 图2 料液对高镍前驱体形貌影响（沉淀时间36h）（a）油分为9.5ppm（4000倍）（b）油分为2ppm（4000倍）图片引自http://www.cbcu.com.cn/shushuo/jishu/2021031635652.html 三元前驱体溶液中有机物残留分析方案为了控制前驱体溶液中有机物残留，保证前驱体的稳定合成，精确而稳定的监测十分重要。三元前驱体溶液中盐含量非常高，通常在30%以上，因此对测试仪器的耐盐性提出了更高的要求。岛津TOC-L总有机碳分析仪，以680℃催化氧化样品中有机物，通过精确测定生成二氧化碳的量来确定总有机碳含量。TOC-L用于三元前驱体溶液中有机残留物的测试，结果精确度高、稳定性好，配合八通阀在线加酸去除无机碳和自动稀释功能测试，操作简便，分析速度快。 01方法评估在0-20ppm范围内建立标准曲线，试样6次重复测试RSD2.0%。 表1 样品重复性测定结果同时进行了加标实验，回收率为95.8%，具有良好的稳定性和准确度。 表2 样品回收率结果02耐盐性实验鉴于前驱体溶液中盐含量较高，且硫酸钴熔点仅98℃，易熔融，为了评估岛津TOC-L对前驱体溶液分析的耐受性，进行了耐盐性评估实验。对120g/L的硫酸钴(以Co计)溶液仅稀释五倍后进样，在五天内24h不间断连续分析，所得结果如图3。比较再生后的催化剂，表面附着的钴盐再生后已被清洗干净，催化剂效率无影响。图3 120g/L(Co)硫酸钴溶液中TOC重复分析结果 图4 催化剂状态 图5 催化剂表面附着元素情况(使用岛津EDX-7000分析) 结语针对前驱体溶液中有机物残留的影响，使用岛津TOC-L总有机碳分析仪建立了有机物残留量的分析方法，并考察了仪器对高盐样品的耐受性。岛津TOC-L 680℃催化燃烧法操作简便，分析速度快，重现性好，适用于锂电原材料Ni、Co、Mn高盐样品中残留有机物的分析。岛津TOC-L稳定发挥，严格监控，在锂电上下游守护三元前驱体的合成工艺。 参考文献[1]马跃飞 高镍多元前驱体的制备与研究 [J]. 当代化工研究 2018.03 P45-47 撰稿人：刘洁 *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

导 读电动车正以其丝滑加速、便捷操控、环保和静音等优越体验俘获着一众新老司机，大街小巷悄然增多的电动车不断刷新着新能源车销量记录。工信部官微“工信微报”1月披露，2021年，我国新能源汽车销售完成352.1万辆，同比增长1.6倍，连续7年位居全球第一。电动车的核心是电池，电池的关键是正极材料，正极材料性能的基础在于前驱体，而电池级硫酸盐是制备三元前驱体的重要原料。近年来，前驱体生产企业发现，硫酸盐原料中引入的有机物残留会显著影响前驱体的合成，引起形貌变化和振实密度降低，最终导致电池容量显著下降。通过使用总有机碳分析仪（TOC）监测硫酸盐中的有机物残留，可保证前驱体的稳定生产。 三元前驱体生产工艺三元前驱体指镍钴锰的氢氧化物，是生产三元正极材料的重要上游材料，通过与锂源混合后，烧结制得三元正极成品，其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。 图1 三元前驱体单颗粒中Ni、Co、Mn和O元素分布（由岛津电子探针EPMA-8050G拍摄） 目前三元路线的前驱体主要以共沉淀法合成，将镍、钴、锰的硫酸盐配制成可溶性的混合溶液，然后与氨、碱混合，通过控制反应条件形成类球形氢氧化物。 三元前驱体溶液中有机残留物的影响在镍钴锰硫酸盐的提纯过程中，会使用260#溶剂油、P204和P507等萃取剂，这些有机萃取剂残留在盐溶液中，将严重影响前驱体的合成，在沉淀生成过程中导致形貌疏松，无法成球，粒度分布宽化，振实密度下降。马跃飞在《高镍多元前驱体的制备与研究》[1]中评估了类似有机物残留的“油分”指标对形貌的影响，并提出需要控制溶液中油分在5ppm以下。由华友钴业等企业起草的团体标准《T/ATCRR10-2020电池级硫酸钴溶液》、《T/ATCRR11-2020电池级硫酸锰溶液》和《T/ATCRR12-2020电池级硫酸镍溶液》中，对优等品硫酸盐溶液中油分的限值分别为0.0100g/L、0.0100g/L和0.0050g/L。 图2 料液对高镍前驱体形貌影响（沉淀时间36h）（a）油分为9.5ppm（4000倍）（b）油分为2ppm（4000倍）图片引自http://www.cbcu.com.cn/shushuo/jishu/2021031635652.html 三元前驱体溶液中有机物残留分析方案为了控制前驱体溶液中有机物残留，保证前驱体的稳定合成，精确而稳定的监测十分重要。三元前驱体溶液中盐含量非常高，通常在30%以上，因此对测试仪器的耐盐性提出了更高的要求。岛津TOC-L总有机碳分析仪，以680℃催化氧化样品中有机物，通过精确测定生成二氧化碳的量来确定总有机碳含量。TOC-L用于三元前驱体溶液中有机残留物的测试，结果精确度高、稳定性好，配合八通阀在线加酸去除无机碳和自动稀释功能测试，操作简便，分析速度快。 01 方法评估在0-20ppm范围内建立标准曲线，试样6次重复测试RSD2.0%。 表1 样品重复性测定结果 同时进行了加标实验，回收率为95.8%，具有良好的稳定性和准确度。 表2 样品回收率结果02耐盐性实验鉴于前驱体溶液中盐含量较高，且硫酸钴熔点仅98℃，易熔融，为了评估岛津TOC-L对前驱体溶液分析的耐受性，进行了耐盐性评估实验。对120g/L的硫酸钴(以Co计)溶液仅稀释五倍后进样，在五天内24h不间断连续分析，所得结果如图3。比较再生后的催化剂，表面附着的钴盐再生后已被清洗干净，催化剂效率无影响。 图3 120g/L(Co)硫酸钴溶液中TOC重复分析结果图4 催化剂状态图5 催化剂表面附着元素情况(使用岛津EDX-7000分析) 结语针对前驱体溶液中有机物残留的影响，使用岛津TOC-L总有机碳分析仪建立了有机物残留量的分析方法，并考察了仪器对高盐样品的耐受性。岛津TOC-L 680℃催化燃烧法操作简便，分析速度快，重现性好，适用于锂电原材料Ni、Co、Mn高盐样品中残留有机物的分析。岛津TOC-L稳定发挥，严格监控，在锂电上下游守护三元前驱体的合成工艺。 参考文献[1]马跃飞 高镍多元前驱体的制备与研究 [J]. 当代化工研究 2018.03 P45-47 撰稿人：刘洁 *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

由教育部科学技术委员会组织评选的2014年度&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo ，日前在京揭晓。经过形式审查、学部初评、主任办公(扩大)会终评和项目公示，北京大学主持的单个纳米颗粒光学检测新原理研究等10个高校科技项目，获评本年度高校科技十大进展。　　据介绍，&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo 评选自1998年开展以来，至今已举办17届。这项评选活动对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用，并产生了较大的社会影响，赢得了较高的声誉。　　2014年度&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo 入选项目介绍　　一、单个纳米颗粒光学检测新原理研究　　纳米尺度颗粒的快速检测在环境监测、恶性肿瘤早期筛查和国家安全方面具有十分重要的意义。基于微纳光学的传感技术拥有无标记和抗电磁干扰等优势，为上述应用提供了新的机遇,但在快速探测和超高灵敏度方面仍面临挑战。为此，急需提出新的光学传感原理，突破传统检测极限，获得分辨单个纳米级颗粒的检测能力。北京大学龚旗煌院士和肖云峰研究员等制备出超高品质因子固态光学微腔器件，极大地增强了光与物质的相互作用，并实现超低阈值微腔拉曼激光发射。在此基础上，他们提出利用微腔拉曼激光模式劈裂来检测单纳米尺度颗粒的新方法。实验上，他们在液体环境下证明了新方法检测单个20纳米尺度颗粒的能力。这一方法的实现既可显著降低实验难度，又具有良好的抗噪声能力。同时，他们还与浙江大学童利民教授等合作，研制出纳米光纤阵列传感器，可快速检测单个百纳米尺度颗粒，并测定尺寸。这些新的原理和技术将推进光学传感的检测极限达到单分子水平，并具有实时便捷等优势。　　研究成果分别发表在《美国科学院院刊》和《先进材料》(封面文章)上。工作得到国际学术界的重视，被多家国际科技媒体专题图文报道，并引起了大众媒体的关注。　　二、网构软件理论、方法与技术　　互联网正在逐步演化成一个全球泛在的计算平台，其开放、动态和难控的特性对软件技术提出了一系列重大挑战。以北京大学梅宏院士和南京大学吕建院士领衔的团队从2000年开始率先从软件角度探讨互联网计算，提出一种互联网软件新范型&mdash &mdash 网构软件，并在国家973计划连续两期项目的支持下，建立了一套网构软件技术体系，取得一系列重要突破：构造了一个开放、协同的网构软件模型，用以描述和规约自主性、协同性、演化性、情境性、涌现性和可信性等互联网应用新特性 提出了支持按需协同和在线演化的容器系统结构及相关机制，支持系统自治管理，设计实现了网构软件的运行时支撑平台 提出了全生命期软件体系结构驱动的网构软件开发和演化方法。　　作为中国学者自主提出的学术理念，网构软件研究整体处于国际先进水平，在软件构件、软件体系结构、软件自适应等技术上处于国际领先行列。在软件领域顶级国际会议和期刊发表近百篇学术论文，十多次入选最佳/优秀/亮点论文，数十次在国际会议上做主题/特邀报告 获得一批中国发明专利，形成多项国际、国家和行业标准 研制的工具和系统在国内外众多大中型信息系统中得到应用 多次获得国家和部委级科技成果奖。　　三、免疫细胞分化发育与功能调控新机制研究　　免疫系统为什么能够精确地感知外界病原体侵袭，并及时启动能够清除病原体的免疫应答反应?这是免疫学领域前沿性重大科学问题。目前认为具有&ldquo 哨兵&rdquo 功能的树突状细胞起了关键性作用，但对于树突状细胞为什么具有这样的特殊免疫功能尚不十分清楚。第二军医大学医学免疫学国家重点实验室曹雪涛课题组从表观遗传和蛋白质修饰的新角度，研究了树突状细胞分化发育的分子机制，发现了一种树突状细胞选择性高表达并对于树突状细胞发育成熟至关重要的以前未见报道的新长链非编码RNA(将之命名为树突状细胞长链非编码RNA，lnc-DC)，对于为什么lnc-DC能够决定树突状细胞的发育成熟进行了机制研究，首次提出了胞浆中的lnc-DC能够直接结合磷酸化蛋白信号分子STAT3而起关键性作用，此作用方式对于研究其他生命科学现象及其RNA与蛋白质相互作用机理有重要的启示与借鉴意义。此外，对于如何控制树突状细胞不过度活化以避免机体发生自身免疫性疾病，该课题组发现了一个名为Rhbdd3的蛋白质分子，能够抑制树突状细胞成熟和分泌炎症因子，阻止了自身免疫性疾病发生。　　该研究丰富了对免疫细胞分化发育与参与自身免疫病机制的认识，对疫苗研发和疾病免疫治疗探索有指导作用。研究结果分别发表于今年《Science》和《Nature Immunology》。　　四、快舟星箭一体化飞行器技术及应用　　该项成果是在国家863计划重点支持下取得的一项原创性成果。针对突发灾害应急监测和抢险救灾信息支持的迫切需求，在国际上首次提出并实现了星箭一体化设计的理念和方法，解决飞行器快速研制、快速发射、快速应用的核心技术问题，实现了我国固体运载器机动发射卫星首次成功，创造了我国遥感卫星最快成像纪录。项目总体指标国内领先、国际先进，开辟了我国快速响应空间技术发展的新途径，取得了重大的经济和社会效益。　　利用该成果研制的快舟一号卫星于2013年9月25日成功发射，在巴基斯坦阿瓦兰地震、台湾花莲地震、新疆于田地震、四川冕宁县森林火灾、霍尼亚拉洪灾、马航MH370客机失联、中国科考船&ldquo 雪龙号&rdquo 破冰支援等灾害发生后，及时实施了灾情监测，快速获取了灾害信息。特别是在云南鲁甸地震救援期间，快舟一号是我国唯一一颗实现针对灾区连续15天重访成像的高分辨率遥感卫星，及时提供了高分辨率的震区影像，为及时全面了解灾情、灾情评估、抢险救援指挥决策等提供了有力信息支撑。　　快舟一号作为我国首颗具有快速响应能力的卫星，还在工程建设、土地利用、采矿区开采、水文、环境等实时监测应用方面，为国内19个省份61家用户单位提供了高质量遥感影像。　　五、水稻矮化多分蘖基因DWARF 53的图位克隆和功能研究　　水稻籼粳亚种间存在强大杂种优势，但籼粳交杂种普遍存在株高超高的问题，利用部分显性矮杆基因可克服株高超高，有效利用籼粳杂种优势。独脚金内酯是2008年发现的调控植物分枝的第三种激素，对植物株型起着至关重要的调控作用，但其信号传导途径却知之甚少。本研究利用一个水稻部分显性矮杆突变体dwarf 53(d53)，通过图位克隆获得D53基因，它编码一个新的在结构上与I类Clp ATPase类似的核蛋白。分析发现，在独脚金内酯存在条件下，D53蛋白可与两个已知的独脚金内酯信号分子D14、D3互作，形成D53D14SCFD3蛋白复合体，使D53蛋白泛素化，进而被蛋白酶体特异降解，诱导下游目标基因表达，使独脚金内酯信号响应。该结果首次在遗传和生化层面上证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控植物分枝(蘖)生长发育，具有重要科学意义。不仅为水稻株型改良提供重要理论基础，也为籼粳交杂种优势利用提供有用的基因和材料。　　该结果以Article Research形式在2013年12月26日《Nature》上正式发表，目前已被SCI他引31次。该杂志同期News & Views栏目为本研究发表了专题评述，认为&ldquo D53蛋白的发现为研究独脚金内酯和其他激素信号途径提供了积极帮助，并对调节植物营养分配与利用具有深远的影响&rdquo 。　　六、高温气冷堆主氦风机工程样机研制　　高温气冷堆主氦风机工程样机项目由国家科技重大专项支持，集合高校与企业力量协同创新，并已经取得重大成果。成功研制的高温气冷堆主氦风机，无论功率还是技术水平都属于世界领先，是世界高温气冷堆先进核电技术研发中的主要技术难关。该成果是我国自主创新在先进核能核心装备技术上的重大突破,对于我国自主创新的高温气冷堆示范电站建设具有重大意义。　　主氦风机是高温气冷堆核电站的心脏装备。在研制过程中解决了多个重大技术问题，如主氦风机整机总体设计，大型氦气置入式立式高速电动机的研制，电磁悬浮轴承支撑的转子动力学分析，高性能叶轮的研制，大电流、高压差、高电压一回路边界电气贯穿件的研制等。　　主氦风机的转子采用现代最新科技成果电磁轴承进行支撑。风机转子重量约4吨，完全采用电磁悬浮轴承支撑，实现了非接触无磨损运行，不需要润滑油系统。这是电磁轴承技术在世界上首次用于反应堆设备。　　主氦风机工程样机由清华大学核能与新能源技术研究院负责总体技术并提供电磁轴承，同时负责整机调试及试验，佳木斯电机负责电机，上海电气鼓风机厂负责叶轮及整机总装和试验平台，中核能源公司负责项目管理和质保。它的研制成功也是先进核能技术协同创新的重大成果。　　七、具有极高硬度和稳定性的纳米孪晶金刚石　　天然金刚石一直被认为是自然界中最硬的材料。自从1955年人类成功合成金刚石起，合成出比天然金刚石更硬的材料就成为科学界和产业界的共同梦想。燕山大学田永君教授领导的中外研究团队，在建立的多晶共价材料硬化模型指导下，采用洋葱碳为前驱体，成功合成出具有极高硬度和热稳定性的纳米孪晶金刚石，孪晶的平均厚度仅为5纳米。纳米孪晶金刚石的维氏硬度可达200GPa，是天然金刚石的2倍，实现了人类合成比天然金刚石更硬材料的梦想 其韧性也比金刚石单晶提高了一倍，且抗氧化温度比天然金刚石高出200摄氏度以上。硬度、韧性和热稳定性三大指标的显著提高将使这类超硬工具的寿命成倍提高。　　本成果发表在2014年6月的《Nature》杂志上，杂志封面和目录页分别进行了导读，题为&ldquo 极致的金刚石：纳米孪晶合成将其硬度及热稳定性推至顶峰&rdquo 和&ldquo 硬科学：合成的金刚石日渐强大&rdquo ，杂志同期的News & Views栏目刊文&ldquo 金刚石变得更硬&rdquo 也详细介绍了该项工作。本成果引起了学术界的广泛关注和高度评价，Nano Today、Materials Today等杂志以及科技日报、参考消息、赫芬顿邮报、芝加哥论坛、洛杉矶时报等新闻媒体和科学网站都进行了报道。　　八、肝硬化中肠道菌群的改变的研究　　2014年7月，浙江大学李兰娟院士领衔的团队，首次通过肠道微生态宏基因组技术，确定了肝硬化肠道微生物组的特征，成果发表在《Nature》杂志。　　该研究从中获得269万个非冗余的人体肠道微生物菌群的基因集，首次建立了世界上第一个肝硬化肠道菌群基因集，包含269万个基因，其中36.1%即97万个为首次发现的基因 同时，阐明了肝硬化肠道菌群的结构变化 并通过基因标记物的聚类分析，发现了28种细菌与肝硬化密切相关，其中多个细菌是在肝硬化患者中首次发现，38种与健康人密切相关。此外，首次发现肝硬化患者口腔菌侵入到肠道，而健康人中没有此现象，可能对肝硬化发生发展产生重要影响 还发现了15个高特异性和灵敏性的微生物基因，建立了预测疾病的模型，今后不仅有助于肝硬化诊断，还能用于肝硬化疗效的评估。　　这是李院士领衔的科研团队20年肝病微生态研究的结晶，他们对微生态在肝病发生发展中的作用机制做了大量艰苦的研究，取得了系列原创性成果，具有重大国际影响力。2013年9月，李兰娟院士当选为第五届国际人体微生物组联盟(IHMC)主席，成为首个在该组织担任主席职务的中国人。同时将作为大会主席举办2015年卢森堡国际人类微生态大会，引领国际微生态的学科发展方向。　　九、全球变暖减缓的特征与机制　　过去十几年间，人为温室气体加速排放，但全球表面温度上升速度却明显减缓。这些现象导致有些人开始质疑人类活动对全球气候变暖的影响作用。而气候学家则一直致力于寻找现象背后的物理本质。中国海洋大学陈显尧教授和美国华盛顿大学Ka-Kit Tung教授的最新合作研究结果表明，全球气候变暖的步伐并没有减缓，只是热量在气候系统各组成部分中的分配发生了变化。过去十几年间，大洋热盐环流将气候系统吸收的热量更多地输送至深层海洋，从而减缓了地球表面温度上升的速度。　　大西洋表面热盐环流可以把热带高温高盐水输送到北大西洋北部，在那里海水向大气失热，变得更重而沉入深海，并形成北大西洋深层水向南输送。通过分析观测数据，陈显尧和Ka-Kit Tung发现上世纪90年代后期，北大西洋北部海水温度&mdash 盐度持续上升，由此推测大洋热盐环流的下沉分支可能变强，从而向深层海洋输送了大量热量而减缓表面温度上升。分析表明类似现象曾发生在上世纪50&mdash 70年代，北大西洋0&mdash 1500米层海洋的温度和盐度具有显著并同步的多年代际振荡特征。　　这一成果说明了海洋在气候变暖的进程中起着至关重要的调控作用，也凸显了加强海洋观测模拟和分析对提高气候预测能力的重要性和紧迫性。　　十、复合离子液体碳四烷基化生产高品质清洁汽油新技术　　环保要求日益严格呼唤更清洁的汽油。碳四烷基化汽油具有高辛烷值、无硫、无烯、无芳等优点，是最理想的清洁汽油调和组分。传统工艺以浓硫酸或氢氟酸为催化剂，存在严重的设备腐蚀及潜在的环境污染与人身危害等重大问题，其工业应用受到了越来越大的挑战。因此，环境友好的碳四烷基化技术的开发一直是世界炼油工业的焦点。　　中国石油大学(北京)徐春明教授和刘植昌教授所带领的研究团队，创新性地开发成功兼具高活性和选择性的复合离子液体催化剂 开发成功复合离子液体碳四烷基化新工艺，发明了催化剂活性监测方法和再生技术 开发成功管道反应器、旋液分离器等专用设备，建成世界首套&ldquo 10万吨/年复合离子液体碳四烷基化工业装置&rdquo 。工业运行结果表明，产品辛烷值高达97以上，吨烷油催化剂当量消耗5公斤，吨烷油能耗157kgEO。中国石油和化学工业联合会成果鉴定认为&ldquo 该技术具有自主知识产权，总体技术处于国际领先水平，具有广阔的应用前景和推广价值&rdquo 。该技术的成功应用，为我国乃至世界商品汽油的清洁化和全面质量升级提供了一种崭新的解决方案。　　该技术获17项国际发明专利、10项中国发明专利，发表论文30余篇。于2014年9月获得中国石油和化学工业联合会唯一的技术发明特等奖。

氮化镓（GaN）器件具有更高耐压，更快的开关频率，更小导通电阻等诸多优异的特性，在功率电子器件领域有着广泛的应用前景：从低功率段的消费电子领域，到中功率段的汽车电子领域，以及高功率段的工业电子领域。相比于横向器件，GaN纵向功率器件能提供更高的功率密度、更好的动态特性、更佳的热管理及更高的晶圆利用率，近些年已取得了重要的进展。而大尺寸、低成本的硅衬底GaN纵向功率器件更是吸引了国内外众多科研团队的目光。中科院苏州纳米所孙钱研究团队在读博士研究生郭小路及其他团队成员的合作攻关下，经过近三年时间的不懈努力，先后在高质量异质外延材料生长及掺杂精确调控、器件关态电子输运机制及高压击穿机制、高性能离子注入保护环的终端开发等核心技术上取得突破，该系列研究工作先后发表于电子器件领域国际专业学术期刊IEEE Electron Device Letters, vol. 42, no. 4, pp. 473-476, Apr 2021. Applied Physics Letters, vol. 118, no. 24, 2021, Art. no. 243501. IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 68, no. 11, pp. 5682-5686, 2021。团队成功研制出的高性能硅衬底GaN基垂直肖特基二极管，具有优异的正向导通性能（Ron=1.0 mΩcm2），开关比高达1011，理想因子低至1.06，正向输出电流1660A/cm2。器件的关态耐压达603V，器件的Baliga优值（衡量器件正反向电学性能的综合指标）为0.26GW/cm2。器件在175oC的高温及380V反向偏压下，开关性能仍未发生失效，综合实现了耐高温、耐高压等优异特性。硅衬底GaN基纵向功率二极管器件性能目前处于国际前列。上述系列工作的主要作者为中科院苏州纳米所在读博士研究生郭小路，团队特别研究助理钟耀宗博士和已毕业博士生何俊蕾等为相关工作作出了重要贡献，通讯作者为孙钱研究员和周宇副研究员。上述工作得到了国家自然科学重点基金项目、国家重点研发计划课题、中国科学院重点前沿科学研究计划、江苏省重点研发计划项目等资助。图1. GaN 水平器件与垂直器件的特点比较图2. GaN基纵向功率二极管的关态击穿电压与开态导通电阻（Ron,sp）的评价体系。国内外相关研究团队的自支撑衬底和硅衬底GaN基肖特基势垒二极管（SBD）,结势垒肖特基二极管（JBS），凹槽MOS型肖特基二极管（TMBS）器件性能的比较。图3.（a）硅基GaN纵向功率二极管的外延结构（b）外延材料的CLmapping（c）器件的结构示意图（d）制备器件的离子注入保护环。图4.（a）线性坐标下与（b）对数坐标下有、无离子注入保护环(GR)终端的硅基GaN纵向SBD的正向IV曲线（c）不同温度下硅基GaN纵向SBD的开态导通电阻（d）离子注入保护环个数对反向击穿耐压的影响。(e)有、无离子注入保护环对硅基GaN纵向SBD温度特性的影响。

脂质纳米颗粒（Lipid nanoparticles, LNPs）是一种具有均匀脂质核心的脂质囊泡，因其高包封率和高转染效率等特点，广泛用于核酸等药物的递送，目前 Moderna、CureVac和BioNTech等mRNA 疫苗企业研发的预防新型冠状病毒肺炎（COVID-19）mRNA 疫苗均采用了LNPs递送技术。LNPs 是一种多组分脂质递送系统，通常包括阳离子/可电离脂质、中性磷脂（辅助性脂质）、胆固醇以及聚乙二醇化脂质（PEG-脂质），如图1所示。阳离子/可电离脂质是LNPs系统实现递送功能的关键，由于LNPs带正电，能够吸引带负电的mRNA，并结合在LNPs内部，可以避免被溶酶体降解，提高mRNA在体内的稳定性。LNPs的各种组分的准确含量和配比是脂质纳米颗粒的形成和稳定的重要影响因素，如磷脂和胆固醇能够稳定LNPs结构，聚乙二醇化脂质能够延长LNPs在生物体内的循环半衰期。因此，分析和监测LNPs制备过程的脂质载体是控制LNPs质量的关键，能够保证脂质纳米颗粒的形成并提高其稳定性。由于LNPs的主要四种组成组分的结构中不含明显的紫外吸收基团，在传统的紫外检测器上没有或具有较低的响应信号，因此高效液相色谱-蒸发光散射联用技术（HPLC-ELSD）和拉曼光谱技术（Raman spectra）是LNPs研发和生产中常用的分析技术，本文对这两种常用的脂质纳米颗粒分析技术进行简要介绍。图1. mRNA脂质纳米颗粒示意图1. 高效液相色谱-蒸发光散射联用技术（HPLC-ELSD）1.1 技术原理：高效液相色谱-蒸发光散射联用技术（HPLC-ELSD）将高效液相色谱与蒸发光散射通用检测器联用，其中蒸发光散射检测器（evaporative light scattering detector，ELSD）是20世纪90年代出现的通用型检测器。其工作原理如图2所示，被分析对象经过色谱分离后，随流动相从色谱柱流出，流出液引入雾化器与通入的气体（常为高纯氮，也可是空气）混合后喷雾形成均匀的微小雾滴，经过加热的漂移管，蒸发除去流动相，被分析组分形成气溶胶，然后进入检测室，用强光或激光照射气溶胶，产生光散射，最后使用光电二极管检测散射光。图2. 蒸发散射检测器（ELSD）的部件及原理[3]1.2 技术特点：高效液相色谱-蒸发光散射联用技术（HPLC-ELSD），采用的蒸发光散射检测器能够检测不含发色团的化合物，非常适合紫外检测响应信号不佳的半挥发性及非挥发性化合物的分析，它对各种物质有几乎相同的响应，但其灵敏度通常较低，尤其对于有紫外吸收的组分其灵敏度较紫外检测器约低一个数量级，高效液相色谱-蒸发光散射联用技术较适用于氨基酸、脂肪酸、聚合物、脂质、生物载体以及无紫外吸收的辅料的分析。1.3 分析仪器：第一台ELSD是由澳大利亚的Union Carbide研究实验室的科学家开发，距今已经数十年。目前ELSD通常与液相色谱配套使用，主流液相色谱品牌均可配备。该类设备国内外均有生产，如国内的上海通微ELSD-UM5800Plus蒸发光散射检测器、美国安捷伦1260 II 蒸发光检测器、岛津ELSD-LT III 蒸发光检测器、沃特世2424 蒸发光检测器、美国奥泰（Alltech）蒸发光散射检测器ELSD 6100等。2. 拉曼光谱技术（Raman spectra）2.1 技术原理：拉曼光谱法研究化合物分子受光照射后所产生的非弹性散射-散射光与入射光能级差及化合物振动频率、转动频率间关系。拉曼光谱采用激光作为单色光源，将样品分子激发到某一虚态，随后受激分子弛豫跃迁到一个与基态不同的振动能级，此时，散射辐射的频率将与入射频率不同。这种“非弹性散射”光被称之为拉曼散射，频率之差即为拉曼位移（以 cm-1 单位），实际上等于激发光的波数减去散射辐射的波数，与基态和终态的振动能级差相当。频率不变的散射称为弹性散射，即瑞利散射：如果产生的拉曼散射频率低于入射频率，则称之为斯托克斯散射；反之，则称之为反斯托克斯散射。实际应用中几乎所有的拉曼分析均为测量斯托克斯散射。2.2 技术特点：拉曼光谱技术具有快速、准确、不破坏样品的特点，样品制备简单甚至不需样品制备。谱带信号通常处在可见或近红外光范围，这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质（如玻璃、石英或塑料）中或将样品溶于水中获得。拉曼光谱能够单机、联机、现场或在线用于过程分析，可适用于远距离检测。现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快（几秒到几分钟），性能可靠。因此，拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便，适合对药用辅料，以及脂质纳米颗粒的形态和组成成分的分析[4]。2.3 分析仪器：拉曼光谱仪器在实验室台式/在线和现场便携/手持仪器两个方向上呈现了多元化的发展。实验室仪器追求更高性能，目前常用的实验室拉曼光谱仪主要包括国内卓立汉光Finder微区激光拉曼光谱仪、港东科技LRS-4S显微拉曼光谱仪、奥谱天成 ATR8300自对焦显微拉曼成像光谱仪、日本HORIBA LabRAM HR Evolution高分辨拉曼光谱仪 、LabRAM Soleil 高分辨超灵敏智能拉曼成像仪、英国雷尼绍（Renishaw）inVia Oontor显微拉曼光谱仪、赛默飞DXR 3xi 显微拉曼成像光谱仪等。便携式与手持式小型拉曼光谱仪致力于现场检测，在快速检测方面得到应用，如国内南京简智的SSR-5000便携式拉曼光谱仪、奥谱天成ATR6600手持式拉曼光谱仪、鉴知技术(同方威视) RT6000S手持拉曼光谱仪、美国必达泰克i-Raman Prime高通量便携拉曼光谱仪、美国海洋光学ACCUMAN (SR-510 Pro)便携拉曼光谱仪、美国赛默飞First Defender RM手持拉曼等。3 应用实例分享3.1 采用HPLC-ELSD技术定量7种脂质有研究人员基于HPLC-ELSD技术建立同时定量7种脂质类成分的分析方法[5]，包括阳离子脂质CSL3和DODMA、胆固醇Chol、磷脂DSPC和DOPE、亲水性聚合物脂类PolyEtox和DSPE-PEG2000，这7种脂质在高效液相色谱的C18 色谱柱上能够实现良好分离，见图3。通过分析4种不同脂质成分（CSL3/Chol/DSPE-PEG2000/DSPC、CSL3/Chol/PolyEtOx/DSPC和CSL3/Chol/DSPE-PEG2000/DOPE）以及不同脂质比的LNPs配方，评估了HPLC- ELSD方法在脂质定量中的适用性，同时发现LNPs中各类脂质在透析纯化后等比例损失了约40 %，这提示纯化步骤后脂质定量的重要性，该方法可以用于优化LNPs的配方和最终质量控制。图3. HPLC-ELSD方法检测到的7种脂类混合标准溶液的色谱图[5]3.2 采用拉曼光谱技术研究脂质纳米颗粒骨架和空间排列脂质纳米颗粒（LNPs）表面电荷的极性和密度能够影响静脉内给药的免疫清除和细胞摄取，从而决定其递送到靶标的效率，有研究人员采用不同配比的带负电荷脂质的抗坏血酸棕榈酸酯（AsP）和磷脂酰胆碱（HSPC）制备了AsP-PC-LNPs。采用DXR拉曼显微镜在50-3500 cm的位移范围内测定AsP/HSPC不同配比（4%，8%和20% w/w）的拉曼光谱。其中在位移1101cm-1和1063 cm-1处峰的强度比（I1101/I1063）和 1101cm-1和1030 cm-1处峰的强度比（I1101/I1030）均表示脂肪链C-C骨架的紊乱程度。由图4和图5可知，当AsP/HSPC比值分别为4%和8%（w/w）时，与仅含HSPC组无显著差异，而当AsP/HSPC比值增加到20%（w/w）时，两组峰强度均比下降，即过量的AsP增强了AsP-PC水合物中的脂肪链排序。在拉曼位移717cm−1处是C-N 的伸缩振动，随着AsP/HSPC比值逐渐增加，超过8%（w/w）时717cm−1处拉曼位移略有红移。当AsP/HSPC比值继续增加到20%（w/w）时，717cm−1处拉曼位移略微蓝移，结果表明低比例的AsP（≤8%，w/w）使极性的HSPC排列略无序和松散，而过量的AsP使极性的HSPC排列有序，进一步验证了拉曼光谱是研究脂质纳米颗粒骨架和空间排列的有力手段。图4 具有不同AsP比例的AsP-PC-LNPs的拉曼光谱图5 不同AsP比例的AsP-PC-LNPs拉曼光谱I1101/I1063和I1101/I1030的强度比4.小结与展望LNPs在疫苗、核酸等基因治疗等生物技术药物研发方面发挥着重要作用，LNPs中各类脂质配方的组成和配比，影响着疫苗等生物技术药物的稳定性、有效性、安全性。因此选择合适的分析技术，建立可行的分析方法，确保疫苗等生物技术药物中LNPs载体质量与稳定性，具有重要意义。参考文献：[1] Verbeke R, Lentacker I, De Smedt S C, et al. Three decades of messenger RNA vaccine development[J]. Nano Today, 2019, 28: 100766.[2] Karam M, Daoud G. mRNA vaccines: Past, present, future[J]. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2022, 17(4): 32.[3] Magnusson L E, Risley D S, Koropchak J A. Aerosol-based detectors for liquid chromatography[J]. Journal of Chromatography A, 2015, 1421: 68-81.[4] Fan M, Andrade G F S, Brolo A G. A review on recent advances in the applications of surface-enhanced Raman scattering in analytical chemistry[J]. Analytica chimica acta, 2020, 1097: 1-29.[5] Mousli Y, Brachet M, Chain J L, et al. A rapid and quantitative reversed-phase HPLC-DAD/ELSD method for lipids involved in nanoparticle formulations[J]. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 2022, 220: 115011.[6] Li L, Wang H, Ye J, Chen Y, et al. Mechanism Study on Nanoparticle Negative Surface Charge Modification by Ascorbyl Palmitate and Its Improvement of Tumor Targeting Ability[J]. Molecules. 2022 27(14):4408.

Luc Van de hove博士（imce总裁&首席执行官）与Sang-il Park博士（Park原子力显微镜公司总裁）有着先进计量学解决方案的创新型原子力显微镜公司Park以及全球领先的纳米电子研发与创新中心的imec，于2020年2月17日在比利时鲁汶的imec总部正式举行了签约仪式。这是合作双方在4年内签署的第二个联合开发项目（JDP），双方都致力于加大力度研发下一代的在线AFM计量解决方案。 新的JDP扩展了合作关系，以探索适用于晶圆半导体领域的AFM计量解决方案的新领域。第一个JDP成功探索出在线自动原子力显微镜在半导体研究中的强大性能，例如表面粗糙度，临界尺寸（CD）和侧壁粗糙度；而第二个JDP则适用于多个战略性发展，以应对不断缩小规模的当前计量挑战设备和3D组件堆叠的几何尺寸。 “与imec等领先的研究中心合作，对我们能够提供满足研究和工业市场需求的最佳技术解决方案至关重要。我很高兴再次与imec合作，进行此项探索。我也期待着进一步的合作卓有成效。”Park原子力显微镜公司首席执行官Sang-il Park博士评论道。 Kristof Paredis博士（imec研发经理）补充说：“Park公司在过去几年里取得了长足发展，这无疑对我们与Park的共同开发工作有很大帮助。我们刚签署的联合开发项目也展现了我们之间最真诚美好的合作关系。”。 在2015年签署首个JDP后，Park原子力显微镜公司正式加入了imec的工业联盟计划（IIAP），并成为IIAP的重要成员。从那时起，Park和imec中以研究员和工程师为主的跨学科团队夜以继日研发，旨在提高半导体行业的生产良率和器件性能。为了应对越来越精巧化的半导体器件的市场挑战，合作双方将重点放在新型JDP的实际问题解决应用程序上，创新的3D计量学功能将应运而生。微信公众号：帕克原子力显微镜ParkB站学习视频：ParkAFM

近日，安徽工业大学化学与化工学院闫岩、刘明凯教授与南京大学及新加坡国立大学合作，开发出了一种宏量制备石墨烯纳米带且高效实现其层间功能化的策略。相关成果以“Rapid Production of Kilogram-Scale Graphene Nanoribbons with Tunable Interlayer Spacing for an Array of Renewable Energy”为题发表在《美国国家科学院院刊》上，论文的共同通讯作者是安徽工业大学化学与化工学院的闫岩教授、刘明凯教授，以及南京大学金钟教授和新加坡国立大学的林志群教授。安徽工业大学是第一完成单位。《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，通常简称为PNAS)是美国国家科学院的官方科学周刊杂志，创刊于1915年，收录的文献覆盖生物学、物理学、化学、材料学、数学和社会科学等领域。与《自然》和《科学》杂志一样，《美国国家科学院院刊》是世界上基础科学领域最负盛名的学术杂志之一，在SCI综合科学类期刊中排名第三。这是安徽工业大学首次以第一完成单位在该刊上发表文章。石墨烯纳米带是一种以带状形态存在的石墨烯材料，具有高电导率、高热导率、低噪声等特点。这些优良品质使得石墨烯纳米带成为集成电路互连材料的一种理想选择，用以替代传统金属材料。同时，由于其具有独特的宽度依赖带隙和两侧充足的孤对电子，石墨烯纳米带在高性能电子器件和纳米催化领域也得到了科研工作者的密切关注。然而，虽然已有报导多种制备石墨烯纳米带的方法，包括小分子有机合成、聚合物包埋切割、碳纳米径向切割、特定基体上外延生长等，但洁净石墨烯纳米带的宏量制备仍然面临巨大挑战。此外，如何扩展石墨烯纳米带的层间距并使其功能化也是石墨烯纳米带研究亟需解决的问题。基于此，安徽工业大学闫岩教授、刘明凯教授提出了一种“冷冻-卷曲-压缩”的策略，通过将大片层（平均宽度~20微米）的氧化石墨烯与二氧化硅溶胶超声混合，并在低温低压下进行脱水干燥和化学刻蚀，制备出了高纯度、高径向比的石墨烯纳米带材料（图1）。这种策略采用自上而下的方式，以单层的氧化石墨烯为原料，通过改变其拓扑结构，实现了高纯度石墨烯纳米带的宏量制备。该策略比小分子合成、径向剪切碳纳米管等方法更直接、更简洁，得到的石墨烯纳米带的纯度也更高。【图文导读】图1 石墨烯纳米带制备过程示意图场发射扫描电镜照片证明了这种石墨烯纳米带具有典型的准一维结构。如图2所示，这种材料具有高的长径比，表面是类石墨烯层状褶皱结构，其丰富的边缘结构为石墨烯纳米带的功能化提供了可供调控的空间。透射电镜图片证明这种材料具有薄层结构和透明性。拉曼数据中，碳材料特征峰D峰和G峰比例的降低，证明从氧化石墨烯到石墨烯纳米带，部分共轭结构得到了有效修复，这种石墨烯纳米带也显示出高达72900 S/m的电子传导速率。除了宏量制备，如何控制层与层之间的距离，是制备高性能石墨烯纳米带功能材料的另一项重大挑战。多相催化团队在“冷冻-卷曲-压缩”策略中，通过改变二氧化硅的尺寸和使用量，调控界面“π-π”相互作用和石墨烯纳米带的层间距，实现了在3.63-9.04 Å范围内层间距离的自由调节。图2 石墨烯纳米带宏量制备、结构表征与性能测试　　此外，通过在层间进行客体分子/纳米材料修饰，可以实现对石墨烯纳米带材料的功能化设计，从而显著拓展石墨烯纳米带的应用范围。研究人员借助“冷冻-卷曲-压缩”的策略，将杂原子前驱体（六福磷酸铵）、单原子前驱体（乙酰丙酮钴）与石墨烯/二氧化硅进行混合，或以球形二硫化钼（零维），聚苯胺纤维（一维）或二硫化硒纳米片（二维）代替二氧化硅，并经过高温处理或化学处理，分别可以得到了氮/磷/氟共掺杂的石墨烯纳米带、钴单原子修饰的石墨烯纳米带、层间修饰二硫化钼的石墨烯纳米带、层间负载聚苯胺的石墨烯纳米带以及层间修饰二硫化硒的石墨烯纳米带材料，实现了对石墨烯纳米带材料的功能化设计。如图3所示。图3 不同尺度客体分子/纳米材料在石墨烯纳米带层间对其修饰并实现功能化设计这些新型的石墨烯纳米带基功能材料在新能源器件中表现出优异的储能和催化性能。例如，氮/磷/氟共掺杂的石墨烯纳米带材料作为非金属催化剂，在电催化氧还原反应中表现出接近商业化铂碳的催化活性。钴单原子修饰的石墨烯纳米带材料在电催化产氢反应中的塔菲尔斜率仅为48 mV/dec，展现出与商业化铂碳（44 mV/dec）接近的反应动力学。石墨烯纳米带包裹二硫化钼得到的复合材料，在电化学储锂方面表现出良好的活性。在0.1 A/g电流密度下展现出1210 mAh/g的比容量。同时展现出良好的循环稳定性，经过500次循环，容量仅衰减18.7%。石墨烯纳米带包裹聚苯胺纤维得到的复合材料，在超级电容器领域表现出良好的比容量（734 F/g）和倍率性能。石墨烯纳米带包裹二硫化硒得到的复合带状材料，作为钠离子电池正极材料，表现出486 mAh/g的电化学储钠性能。这些功能材料的开发，显著提升了石墨烯纳米带及其功能材料的应用场景（图4）。图4石墨烯纳米带基功能材料在新能源领域中的应用，包括电化学产氢、锂/钠离子电池等领域综上所述，通过设计“冷冻-卷曲-压缩”的策略，闫岩教授、刘明凯教授充分展示了如何通过界面工程宏量制备石墨烯纳米带材料，并通过改变支撑材料二氧化硅的尺寸和用量，实现了对石墨烯纳米带层间距的有效调节。进一步，通过在石墨烯纳米带的层间引入功能化非金属原子、金属单原子、不同维度纳米材料，实现了对石墨烯纳米带的功能化设计，并在一系列新能源器件中得到了应用拓展。

近日，中国科学院近代物理研究所材料研究中心与俄罗斯杜布纳联合核子研究所合作，研发出一种孔径小于10纳米的固态纳米孔制备新技术。相关研究成果发表在《纳米快报》(Nano Letters)上。 　　高质量固态纳米孔的制备是DNA测序、纳流器件以及纳滤膜等应用的关键技术。当前，在无机薄膜材料中制备固态纳米孔的主流方法是聚焦离子/电子束刻蚀。该方法在制备过程中需实时反馈，更适合于单个纳米孔的制备。因此，探索孔径可调、孔密度可控和无需实时反馈的固态纳米孔快速制备技术具有重要的科学意义。 　　科研人员基于兰州重离子研究装置(HIRFL)，利用快重离子作用于WO3纳米片材料，实现了直接“打孔”的制备方法。同时，科研人员利用分子动力学模拟对物理机理进行解释，发现重离子在材料中的沉积能量会引起材料局域瞬时熔融喷发，以及熔融相的粘度和表面张力大小是决定纳米孔形成的关键因素。 　　该方法通过改变重离子的电子能损调控孔径大小，改变重离子辐照注量调节孔密度，使得整个制孔过程一步完成，不涉及化学蚀刻，具有一定的普适性和应用潜力。 　　该工作为重离子束应用于固态纳米孔制备开辟了新途径，并为解释重离子在固体材料中潜径迹形成的微观机理提供了重要的理论依据。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等的支持。图：快重离子在WO3纳米片中直接形成纳米孔示例 图/徐丽君 翟鹏飞

据美国物理学家组织网2月2日(北京时间)报道，来自IBM、苏黎世理工学院和美国普渡大学的工程师近日表示，他们构建出了首个10纳米以下的碳纳米管(CNT)晶体管，而这种尺寸正是未来十年计算技术所需的。这种微型晶体管能有效控制电流，在极低的工作电压下，仍能保持出众的电流密度，甚至可超过同尺寸性能最好的硅晶体管的表现。相关研究报告发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。　　很多科研小组都致力研发小尺寸的晶体管，以切合未来计算技术对于更小、更密集的集成电路的需要。但现有的硅基晶体管一旦尺寸缩小，就会失去有效控制电流的能力，即产生所谓的“短沟道效应”。　　在新研究中，科研人员舍弃硅改用单壁碳纳米管进行实验。碳纳米管具有出色的电气性能和仅为直径1纳米至2纳米的超薄“身躯”，这使其在极短的通道长度内也能保持对电流的闸门控制，避免“短沟道效应”的生成。而IBM团队研制的10纳米以下碳纳米管晶体管首次证明了这些优势。　　科学家表示，理论曾预测超薄的碳纳米管将失去对于电流的闸门控制，或减少输出时的漏极电流饱和，而这都会导致性能的降低。此次研究的最大意义在于，证明了10纳米以下的碳纳米管晶体管也能表现良好，且优于同等长度性能最佳的硅基晶体管，这标志着碳纳米管可成为规模化生产晶体管的可行备选。　　工程师在同一个纳米管上制造出若干个独立的晶体管，其中最小一个的通道长度仅为9纳米，而这个晶体管也表现出了极好的转换行为和漏极电流饱和，打破了理论的预言。当与性能最佳，但设计和直径不同的10纳米以下硅基晶体管进行对比时，9纳米的碳纳米管晶体管具有的直径归一化(漏)电流密度，可达到硅晶体管的4倍以上。而且其所处的工作电压仅为0.5伏，这对于降低能耗十分重要。此外，超薄碳纳米管晶体管的极高效能也显示出了其在未来计算技术中大规模使用的潜力。　　总编辑圈点　　没人不爱便携。所以电子元件抗拒不了“越缩越小”的命运。但对于碳纳米管晶体管，性能和尺寸却在“闹矛盾”：既往理论认为，如果缩到了15纳米以下的长度，那载体有效质量相对于其它半导体来说，就太小了，从而非常容易就隧穿和渗入设备——不受控制，这是身为电子元件所最不被看好的。不过，现在工程师们搞定了它，据其论文讲，问题发生在碳纳米管金属触点的物理模型有所不足，而此前的研究均忽视了这一点，没人仔细观察电子在通过那小小交界处时发生了什么。