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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    一种具有类牙釉质多级结构的高强高韧羟基磷灰石基纤维

    丁宝森刘少佳卢俊峰郭一然...
    2496-2504页
    查看更多>>摘要：牙釉质是人体最硬的组织,力学性能优异.牙釉质内部的纳米线-微米簇-有序阵列的多级结构是其具有优异力学性能的关键.通过模仿牙釉质的微结构有望实现人造材料力学性能的突破,但是多级次模仿天然牙釉质的微结构仍是巨大的挑战.本文中,我们制备了由长程有序晶体/非晶羟基磷灰石(HAP)纳米线组成的HAP微米簇,并通过剪切诱导组装将其纺成类牙釉质高性能宏观纤维.该纤维具有高度有序的纳米线-微米簇结构,并且HAP纳米线、HAP微米簇和聚合物基体之间的强界面连接使得该纤维在受力时具有一种多级的能量耗散途径.因此该类牙釉质纤维兼具高强度(196.3 MPa)和高韧性(46.3 MJ m-3),其断裂韧性超过了先前报道的HAP基复合纤维的最大值.这种多级类牙釉质设计策略为高强度和高韧性纤维的开发提供了新的思路,在潜在的工程和生物修复领域具有广阔的应用前景.

    HAP microbundleshierarchical structureenamel-inspired macroscopic fibershigh strengthhigh toughness

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    兼具可打印性及生物相容性的水凝胶用于无残留打印高通量的患者来源类器官生物芯片

    谢岱希陈炳达薛勇敢孙志远...
    2505-2514页
    查看更多>>摘要：类器官生物芯片可以模拟真实人体器官的微环境和功能特征,为疾病建模和药物筛选提供了新的平台.但传统手工培养类器官及构建生物芯片的方法通常过程复杂、成本高且耗时(至少一个月),极大地阻碍了其实际应用.本研究介绍了一种基于微针的气动打印策略,可以实现高效无残留的患者来源类器官生物芯片构建.通过开发可打印的仿生水凝胶,肿瘤活检样本可以被高效地处理成生物墨水,培养过程中细胞存活率高达92％.使用微针进行打印,生物墨水利用率超过90％,可以高效地构建类器官生物芯片并用于药物测试,在一周内给出个性化的药物筛选信息.通过微打印策略和仿生水凝胶,细胞的利用率和类器官芯片的构建效率可以有效提高,为精准医学提供了新的途径.

    bioprintingbiocompatible hydrogelmicroneedleorganoid biochipdrug test

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    温度驱动的相变润滑剂灌注表面用于可持续抗垢

    叶茂盛陈伟王仪萱赵然...
    2515-2522页
    查看更多>>摘要：润滑剂灌注表面(LIS)能够减少来自不同来源的污染(包括细菌、冰和水垢).然而,润滑剂的液体特性经常导致这类表面在恶劣环境中流失,从而无法防止污垢的沉积.本文报道了一种相变润滑剂灌注的表面,实现了长期高效抗水垢.当温度在润滑剂的熔点以下时,润滑剂为固态,展示出了高的稳定性.当温度在润滑剂的熔点以上时,液态润滑剂利用其光滑的表面形貌和水垢黏附的降低,实现了抗水垢.本文对于处理实际应用中结垢问题,特别是在温度变化场景下的结垢问题,提供了一种可行方法.

    phase changeanti-scaleparaffintemperature-dri-ven

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    仿生阳离子门控动态液膜纳米通道用于离子和分子的可控传输

    梁春晓王殿宇何少凡张路...
    2523-2531页
    查看更多>>摘要：钙离子门控在生命活动中非常重要,受此启发,人工离子门控得到广泛研究.然而,传统离子门控依赖不对称电荷结构和固定通道尺寸导致通道难以堵塞和门控比低.我们构建了一种阳离子门控动态液膜纳米通道,通过将油滴插入充满离子溶液的毛细管中,利用油和毛细管之间的液膜作为纳米通道传输离子和分子,其高度可通过静电力灵活调节.门控开关依赖于离子价态.多价离子比单价离子更易降低静电斥力,从而使纳米通道从"ON"态变为"OFF"态,并显示出良好的循环门控性能和高开关比.本文提出了一种便利的智能纳米通道,仅需调节油水和水固界面之间的静电力即可调节液膜内离子和分子的传输.该技术在药物输送、生物传感和物种分离等领域具有广阔的应用前景.

    dynamic liquid filmnanochannelion gatingbio-mimeticsoil-water-solid interface

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    用于手性药物筛分的手性功能化膜

    何思佳张雅倩Sravan Baddi赵常利...
    2532-2539页
    查看更多>>摘要：将手性整合到薄膜体系中为手性分离技术的发展提供了独特的方向.然而,在膜层之间创建手性位点仍是一个有待解决的问题.在此,我们制作了一种壳聚糖/氧化石墨烯(CG)基薄膜,通过与L-色氨酸衍生物(LPWM)的非共价相互作用,CG-LPWM薄膜不仅保持优异的机械强度,同时具有手性功能.LPWM在薄膜中引入了手性环境,使得薄膜不仅能够视觉识别手性分子,而且对手性药物具有一定的分离性能:伪麻黄碱的光学异构体过量值超过80％.手性识别源于手性组装体与其中一种异构体具有更强或更多的氢键作用导致的优先结合.这项工作通过简单的非共价相互作用制作了手性薄膜,为手性修饰的层状膜实现对映体识别与分离指引了方向.

    supramolecular chiralityself-assemblychiral dis-criminationdecorated membranes

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    仿生酶固定化纳米反应器通过级联催化反应实现胆固醇的精确检测

    熊京商灵灵赵德偲王丹...
    2540-2549页
    查看更多>>摘要：基于酶的生化检测方法具有准确性高、检测速度快等优势,但生物酶的不稳定性限制了这一方法的应用.因此,开发一种活性高、稳定性强、反应效率高的酶包封体系是提高胆固醇生化检测的关键.为此,本研究发展了由二棕榈酸磷脂酰胆碱包覆中空多壳层结构的仿生人造细胞,HoMS的区室化结构和磷脂膜的选择透过性实现了酶的稳定包封和信号的高效传输.本研究通过信号的级联放大实现了胆固醇的快速准确检测.即利用负载胆固醇氧化酶的HoMS@DPPC引发胆固醇氧化反应,产生的中间产物H2O2作为信号分子,在负载辣根过氧化物酶的HoMS@DPPC催化作用下,促进荧光红染料生成试卤灵,再进行比色检测胆固醇的含量.由级联催化介导的胆固醇信号放大使得该系统可以应用于胆固醇检测,并且该方法表现出高的选择性和准确性,检测范围为0.05～0.3 mM,检测限可达4.9μM.该方法可用于动物血清中胆固醇的检测,回收率为90.8％～104.9％,检测值与商业检测方法的结果高度吻合.此外,该系统可与智能设备集成,构建智能比色平台,实现图像分析与胆固醇浓度检测的一体化,为准确、快速的生化检测开辟了新途径.

    colorimetric detectionbiochemical detectionhollow multishelled structureartificial cell

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    具有Janus结构的多糖基抗菌纳米复合水凝胶用于治疗拔牙窝感染

    史泰龙熊彦华宋炜卓孙美州...
    2550-2557页
    查看更多>>摘要：拔牙窝位点保存需要特殊的组织工程支架.在本研究中,我们采用渗透交联的方法开发了一种具有抵抗成纤维细胞入侵、牙槽骨保存和抗菌的多功能Janus结构复合水凝胶.通过将氧化的海藻酸钠溶液渗透到含有羧甲基壳聚糖的高黏性纳米羟基磷灰石悬浮液中来构建水凝胶.通过这个过程制备出的Janus结构水凝胶,其致密、光滑的上表面对成纤维细胞显示出显著的屏障功能,而其疏松、多孔的下表面可以在纳米羟基磷灰石的作用下进行有效的牙槽骨保存,并且在水凝胶中加入了一种抗菌剂甲硝唑,有效抑制了牙周炎相关细菌.其中最优组CAH4M水凝胶对变形链球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌效率分别为82％和93％,溶血率小于5％,没有明显的细胞毒性.

    polysaccharidepenetration crosslinkinganti-bacterialtissue engineeringsocket preservation

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    生物启发膜在水系镁离子电池阴极的界面工程

    洛古子呷苟倩志罗号燃陈昭宇...
    2558-2566页
    查看更多>>摘要：受到水合镁离子的高脱溶能垒和不良界面水分解行为的限制,水系镁离子电池通常受制于缓慢的离子传输动力学和严重的阴极溶解.为了克服这些障碍,受细胞膜两亲性结构的启发,我们成功构建了一种由疏水性聚(3,4-乙二氧基噻吩)(PEDOT)和亲水性α-MnO2基底组成的MnO2碳基阴极.结合实验和理论计算结果分析,PEDOT层可以有效提高整体电极的导电性,降低水合Mg2+的脱溶能垒,并抑制阴极溶解,从而提高复合电极的性能.因此,本文所制备的复合电极表现出优越的速率性能(58.4 mAh g-1,3 A g-1)和增强的长期循环稳定性(1000个循环后85.92 mAh g-1,2 A g-1),优于原始的α-MnO2阴极.这项基于生物启发设计理念的工作将为水合镁离子电池的发展提供创新方向.

    aqueous magnesium-ion batteryde-solvation pro-cesscathode dissolutionbio-inspired design concepthydro-phobic interfacial layer

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    基于非对称纤维素纳米纤维异质膜的水传输促进渗透能量转换

    侯淑华赵佳利张哲华胡宇浩...
    2567-2574页
    查看更多>>摘要：海洋渗透能是最有前景的可持续能源之一.非对称纳米通道膜由于其优越的离子选择性在海洋渗透能转化中受到广泛关注,但较低的离子通量仍然是其需要突破的瓶颈.本文采用纤维素纳米纤维和磺化聚砜(SPSf40)制备了非对称异质膜,这种非对称异质膜有效地提高了离子电导率,通过混合人工河流和海水的输出功率密度可达8.3 W/m2.与传统的离子交换膜相比,非对称异质膜的离子电导率和最大功率密度分别提高了325.0％和48.2％.从海水(非对称异质膜的疏水侧)到河水(非对称异质膜的亲水侧)的输运抑制了水的渗透压,有助于高离子的传输通量,提高了海洋渗透能量转换效率.高离子选择性的浸润梯度膜为渗透转化膜的开发提供了一种新方法.

    osmotic energy conversionwettabilityasymmetric heterogenous membrane

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    镧-钛氧簇闪烁体中无机簇核和有机配体的协同作用实现高性能X射线成像

    李茹画桑天天曹钱刘娟...
    2575-2582页
    查看更多>>摘要：随着对X射线成像,特别是对弯曲和不规则物体的三维成像的需求不断增加,高性能柔性闪烁膜的开发引起了人们的极大关注.镧系(Ⅲ)-有机闪烁体由于其在结构设计和光学可调谐方面的巨大灵活性,最近成为一类新的有前途的X射线闪烁体.然而,设计具有高光产额和良好溶液分散性的镧系元素(Ⅲ)-有机闪烁体仍然具有挑战性.本文报道了一种具有高效X射线激发发光(XEL)和良好溶液分散性的铕-钛氧簇合物(Eu-TiOCs)闪烁体.笼状镧-钛氧原子簇核作为X射线吸收剂,产生高能电子并引发二次电子热弛豫.有机配体作为能量转移桥和天线,通过级联能量转移来敏化Ln3+离子的发光.Eu-TiOCs闪烁体表现出高的稳态X射线光产额(高达26,816±2000 photons MeV-1).此外,Eu-TiOCs 闪烁体和聚合物的羟基之间的弱氢键相互作用增强了 Eu-TiOCs的溶液分散性,有利于制备低光散射和均匀闪烁膜.铕-钛氧簇与聚合物之间的通过无机簇笼和有机配体之间的协同作用,所得到的柔性闪烁膜对平面和非平面物体都表现出的高空间分辨率和低剂量X射线成像.本工作为进一步设计和制备高性能X射线闪烁体和高分辨率柔性闪烁膜提供了新思路.

    lanthanide-titanium oxo clustersscintillatorsX-ray excited luminescenceX-ray imagingcascade energy transfer

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