一月兩篇Nature系列頂刊—段鑲鋒、潘鋒、申有青等近期成果匯總

浙大Nat.?Commun.：等離子納米反應器

在化療-免疫聯合療法中，人們常用低/標準劑量的化療來避免化療誘導的骨髓抑制和對主體免疫系統的破壞。因此，在聯合治療中，如何在低化療劑量下誘導免疫原性細胞死亡（特別是在耐藥癌細胞中），就成為實現高效化療-免疫聯合治療的關鍵。另外，由于抗體的腫瘤穿透能力較差，如何提升PD-1/PD-L1的抑制效率也是提高免疫檢查點抑制療法的重要課題。

IOX1增強化療-免疫療法示意圖

浙江大學的申有青（通訊作者）團隊報道了一種具有高效免疫治療能力的小分子——5-carboxy-8-hydroxyquinoline (IOX1)，其與化療藥物DOX的結合能夠顯著降低多種腫瘤模型的生長。IOX1有效地下調了腫瘤PD-L1表達，同時其還能抑制癌細胞的多藥耐藥性從而提高DOX在胞內的富集能力，大大強化了DOX誘導的免疫原性細胞死亡。因此，IOX1和DOX的聯合能夠顯著提高T細胞浸潤和活性，并有效降低腫瘤免疫抑制性因子，從而有效清除腫瘤并實現長期免疫記憶效應。機制研究顯示，IOX1抑制了組蛋白去甲基化酶JMJD1A，從而下調了β-catenin蛋白，最終降低了下游P-gp和PD-L1的表達。研究認為，JMJD1A在多種腫瘤類型中均有過度表達，因此IOX1為癌癥治療提供了一種無抗體的化療-免疫聯合治療策略。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22407-6?

浙大Nat.?Biomedical?Engineering：可吸附細胞膜的兩性離子聚合物藥物載體

在腫瘤靶向的納米藥物遞送過程中，納米材料必須經歷復雜的復雜的多步級聯反應才能有效地將藥物遞送到腫瘤細胞內。然而，納米藥物固有的大尺寸（相對于小分子藥物）和腫瘤微環境的致密性，使得納米藥物更加難以在實體腫瘤內滲透，導致無法將藥物遞送至遠離血管的腫瘤細胞中發揮治療作用。因此，腫瘤血管外滲困難和腫瘤組織滲透困難仍然是傳統納米藥物難以克服的瓶頸。

OPDEA-PSN38膠束的腫瘤主動滲透機理示意圖

浙江大學申有青（通訊作者）團隊在前期工作的基礎上，成功設計合成了一種含有三級胺氮氧結構的兩性離子聚合物OPDEA，一方面，它表現出了不與蛋白質吸附而與細胞膜可逆吸附的吸附選擇性，從而“隱蔽”在血液循環系統中實現長循環和腫瘤富集；另一方面，它的細胞膜選擇性吸附可促使其快速地被腫瘤血管內皮細胞和腫瘤細胞攝取，從而觸發主動轉胞吞作用并實現高效的腫瘤血管外滲和腫瘤主動滲透。基于這一材料，研究制備了以OPDEA為親水外層、以化療藥物7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN38）前藥聚合物為疏水內核的納米載藥膠束（OPDEA-PSN38）。該膠束在經過尾靜脈注射后能夠可逆地吸附到紅細胞上，并繼而弱吸附在腫瘤血管內皮細胞上并觸發其轉胞吞作用。該納米藥物在多種荷瘤小鼠模型（包括肝癌原位模型和人源腫瘤異種移植瘤模型）中均表現出優異的抑瘤作用，在常規給藥劑量下，它不僅能清除起始腫瘤大小為70 mm³的小腫瘤，也能清除起始腫瘤大小為500 mm³的大腫瘤，而且生物安全性良好，不會產生停藥反彈等副作用。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00701-4

湖大&UCLA Nature：卷曲構建高階范德華異質結構

二維材料及相關的范德華異質結構為集成化原子層提供了卓越的柔性。然而，至今為止獲得的異質結主要是層數有限的低階二維超晶格。由于在合成步驟中容易出現材料損壞和產率低等問題，制備具有交疊單元的高階范德華超晶格依然困難重重。

合成卷曲結構示意圖

湖南大學的段曦東和加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒（共同通訊作者）聯合提出了一種通過卷曲范德華異質結構來實現高階范德華超晶格的直接方法。研究將CVD生長的SnS₂/WSe₂范德華異質結暴露在乙醇-水-氨混合溶液中，利用毛細作用力，驅動異質結與襯底分離并發生自發卷曲行為，從而成功構建高階二維超晶格。這類超晶格的形成能夠調節電子能帶結構及其維度，導致輸運特性發生半導體-金屬轉變，并產生角度依賴的線性磁致電阻效應。這一策略可擴展制備多種二維/二維范德華超晶格，以及包括三維薄膜在內的超二維材料，從而形成混合維度的范德華超晶格。這一研究闡釋了生產高階范德華超晶格的通用方法，同時也為基礎研究和技術應用提供了豐富的材料平臺。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03338-0

湖大&UCLA&人大Nat.?Mater.：硒化鉻納米片的外延生長

二維范德華晶體中內生性鐵磁性的發現激發了對二維極限的磁序研究，在磁性感測和信息存儲等方面可能具有巨大的前景。然而，目前已知的大多數二維范德華鐵磁體無法在平常環境中持久穩定，同時機械剝離等常見的制備方法又不具備高通量、有限可控的能力。由于這類鐵磁體的原子級單層對于合成過程極度敏感，因此直接合成這類磁性材料難度非常大。

硒化鉻納米片的厚度可調合成

湖南大學的段曦東、中國人民大學的季威和加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒（共同通訊作者）等人展示了可在無懸掛鍵的硒化鎢襯底上輕松生長環境穩定性強的硒化鉻納米片。由此生長的硒化鉻厚度可調厚度可調，最低可調至單層極限。這些硒化鉻/硒化鎢異質結構界面具有超分辨的摩爾超晶格，同時還展現出了可觀的鐵磁行為。不僅如此，研究還發現，暴露在空氣中長達數月之后，該納米片的表面粗糙度和磁性性質沒有顯著變化。計算研究表明，來自硒化鎢襯底和與硒化鉻夾層的電荷轉移在納米片磁序中扮演者重要的角色。研究認為，高度可控、厚度可調的硒化鉻納米片為基礎研究提供了理想的研究對象，也在磁電、自旋器件領域展現出了應用前景。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-00927-2?

北大&美國陸軍研究實驗室Nat.?Nnaotech.：鈷酸鋰正極材料的結構研究

鋰電池作為新一代綠色儲能器件在日常生活中扮演著重要的角色，近期針對鈷酸鋰正極的性能提升研究更是發展迅速。但是，這些研究無法從結構角度（這些材料的X-射線衍射沒有明顯的差別）給出鈷酸鋰穩定性提升的根本原因，因此鈷酸鋰在高電壓下的性能改進方向仍不明朗。現有的表征技術如X射線衍射等難以揭示與性能相關的微觀結構細節；同時僅能反映某個微區而無法給出更大尺度如單顆粒的結構信息。

鈷酸鋰材料在充電過程中結構演化的示意圖

針對這一問題，美國陸軍研究實驗室的徐康和北京大學的林聰、孫俊良和潘鋒（共同通訊作者）等人聯合自主設計改良三維連續傾轉電子衍射技術（cRED）,實現了高電壓鈷酸鋰機理的微觀結構研究。通過結合三維電子衍射表征在納微尺度原子空間排列的有效度、高分辨透射電鏡技術表征原子尺度排列有效性、原位的X射線表征充放電過程不同電壓下結構演化、電化學氣相色譜在分子尺度表征副反應產物等聯動研究，對比了兩種商業化鈷酸鋰正極（即高電壓鈷酸鋰H-LCO和普通鈷酸鋰N-LCO）在不同充電截止電壓下的單顆粒晶體結構，發現在高電壓下影響鈷酸鋰結構穩定性的決定性因素是顆粒近表面區域的鈷氧層結構平整性。量子化學計算揭示Co-O層的彎曲會使得層間距大的彎曲位置鋰離子脫出較容易，因此在同樣的電壓下優先脫出從而使得層間距進一步擴大，使得Co-O層彎曲更嚴重，這樣如同“骨牌效應”不好的因素在不斷加劇，在電壓不斷升高時材料應力不斷加大，當達到極限時出現結構破裂！因此，高電壓充放電的結構穩定性這一重要發現，不僅有助于深入理解鈷酸鋰結構與性能的關系，為實現更高性能的鈷酸鋰正極提供了理論基礎，同時也有利于其他層狀正極材料的開發。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-00855-x

阿貢國家實驗室&北大Nat.?Energy：理解鈷元素作用有利于發展無鈷富鎳正極

目前存在的鈷來源瓶頸正對商業電池的生產產生負面的影響，同時也激發了少鈷正極材料的研究。然而，對鈷在正極容量和結構穩定性中起到的作用機制目前還知之甚少，同時也缺乏行之有效的鈷取代物，這都使得在電池中完全清除鈷無法實現。

原子占位分析

有鑒于此，北京大學的潘鋒和阿貢國家實驗室的陸俊、Khalil?Amine（共同通訊作者）等人聯合研究了富鈷正極和錳取代無鈷正極中的鈷角色。研究證實了鈷在快速容量和結構降解方面具有不可忽視的重要作用，并且還發現在高電勢下鈷比鎳更具破壞性，更容易實現鈷還原。不僅如此，錳取代物能夠有效緩解鈷的破壞作用，同時還能實現高電勢功能。隨著這些基礎機制的發現，研究闡釋了一系列含摻雜劑的鋰鎳錳材料，可作為無鈷正極的理想候選對象。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-021-00776-y

本文由NanoCJ供稿。

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