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近日，東南大學(xué)物理學(xué)院王金蘭教授與美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校劉遠越教授團隊合作，基于第一性原理的多尺度模擬方法，結(jié)合真實電催化反應(yīng)條件，在單原子穩(wěn)定性方面取得了最新研究進展。

近期，西安交大劉暢研究員等通過將大量間隙氧原子（12 at%）固溶進TiZrNb系中熵合金，將其屈服強度提升至接近理論強度的4.2 GPa（C. Liu et al.Nat. Commun.13, 1102 (2022)）。

常見的納米酶大多數(shù)是金屬化合物納米顆粒，其催化活性主要是來自在納米顆粒表面的金屬離子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位點和支持、穩(wěn)定活性位點的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對于高催化效率同樣重要。通過調(diào)整活性位點的成分和環(huán)境可以實現(xiàn)高的活性和選擇性。水凝膠是一類具有良好生物相容性的三維親水網(wǎng)絡(luò)材料，其結(jié)構(gòu)可以有效地保護酶分子活性中心，同時提供更好的底物遷移微環(huán)境，從而實現(xiàn)有效的催化作用，載酶水凝膠材料已成為生物學(xué)研究中的熱點。納米凝膠為水凝膠的納米粒子，具有類似于宏觀水凝膠材料的親水網(wǎng)絡(luò)及類似流體的傳輸特性，其納米的尺寸可以作為進一步體內(nèi)生物應(yīng)用的理想載體。在受限的納米空間中實現(xiàn)修飾或組裝以獲得雜化納米凝膠仍然存在挑戰(zhàn)。應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，同濟大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院王啟剛團隊從仿生的角度出發(fā)，設(shè)計了一種酶催化的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRPase）和金屬配位交聯(lián)方法成功制備出納米人工多酶凝膠體系。該體系具有模擬超氧化物歧化酶（SOD-like）和過氧化物酶（POD-like）特性，可以實現(xiàn)腫瘤微環(huán)境級聯(lián)催化的響應(yīng)成像。日前，相關(guān)研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”為題，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德國應(yīng)用化學(xué)》） 上。同濟大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院為該文的唯一通訊作者單位，碩士生齊美園為第一作者，王霞副教授和王啟剛教授為共同通訊作者。 圖1.（a）人工多酶凝膠體系的ATRPase及配位交聯(lián)制備流程（b）模擬SOD和POD級聯(lián)酶催化的腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的熒光成像機制。研究人員首先在納米粒子表面修飾酶催化的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的引發(fā)劑(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶為催化劑，修飾有雙鍵的賴氨酸（N-acryloyl-L-lysine）為聚合單體，在納米粒子周圍聚合制備得到聚賴氨酸高分子刷，最后通過亞鐵配位交聯(lián)，從而構(gòu)建出具有多酶活性的人工多酶凝膠體系（如圖1所示）。凝膠體系中高分散的Fe離子一方面作為凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)劑，同時作為模擬酶的活性中心。通過模擬SOD和POD酶，先將腫瘤部位高水平的O 2 ?? 催化轉(zhuǎn)化為H 2 O 2 ，進一步基于腫瘤部位提升的H 2 O 2 通過級聯(lián)酶催化反應(yīng)實現(xiàn)腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的安全、高效的腫瘤成像。該人工多酶凝膠體系類似自然的過氧化物酶催化機制不產(chǎn)生羥基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同時，ATRPase方法和金屬配位交聯(lián)技術(shù)可進一步實現(xiàn)多種納米材料體系的制備，用于藥物輸送和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等經(jīng)費支持以及中國科學(xué)院強磁場科學(xué)中心的技術(shù)支持。王啟剛教授團隊多年來一直致力于高分子凝膠固定酶技術(shù)及其生物診療應(yīng)用，近5年累計以通訊作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊發(fā)表SCI論文50多篇。文獻鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf課題組網(wǎng)站：https://qgwang.tongji.edu.cn/

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系講席教授王湘麟課題組在基于納米石墨烯的高性能單原子電催化劑、C60衍生物高效儲鋰、CSPbBr3量子點鐵電性質(zhì)研究等取得重要進展。相關(guān)論文發(fā)表于Nano Energy(IF：15.548)；ACS nano (IF：13.903)；《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society，IF：14.695)。發(fā)展高效穩(wěn)定的非鉑基電催化劑對質(zhì)子交換膜電池等清潔能源轉(zhuǎn)換裝置的大規(guī)模應(yīng)用具有關(guān)鍵作用。王湘麟團隊基于結(jié)構(gòu)明確的納米石墨烯，合成了單原子鐵-氮-碳氧還原催化劑，其催化活性接近商業(yè)Pt/C，并具有高循環(huán)穩(wěn)定性。我校物理系副教授徐虎和物理系博士后黃祥構(gòu)建了理論計算模型并模擬電催化反應(yīng)過程。在鋰電池電極材料方面，王湘麟團隊與臺灣大學(xué)高分子科學(xué)與工程研究所教授王立義(Wang Leeyih)團隊合作，基于C60衍生物開發(fā)高性能的儲鋰材料，研究論文發(fā)表于ACS Nano。王湘麟團隊與吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院袁宏明教授合作，首次發(fā)現(xiàn)全無機鹵化物鈣鈦礦CsPbBr3量子點具有出色的鐵電性，研究論文發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健教授、謝心澄院士與陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院潘明虎教授，北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所張平研究員、李孜副研究員，中山大學(xué)物理學(xué)院王慧超副教授，北京師范大學(xué)物理學(xué)系劉海文研究員等合作，直接觀測到了拓?fù)洳牧螲fTe5原子缺陷處具有離散標(biāo)度不變性的準(zhǔn)束縛態(tài)。