納米科學

電荷自泵浦激勵的藍色能源器件研究

中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士團隊提出了電荷穿梭原理和基于電荷穿梭原理的摩擦納米發電機。相關論文發表于Nature Communications。以CS-TENG為核心發電單元制備了高性能集成球形藍色能源器件，應用于水波能收集。在低頻水波激勵下，該器件實現電荷的自泵浦激勵，并由單泵浦TENG對多主TENG同時激勵，實現了藍色能源器件性能的新突破，且隨著器件集成CS-TENG單元數量的提升，輸出將會進一步提高。該研究還展示了器件在波浪驅動下，同時點亮600盞LED燈，并用于自驅動溫度和氣壓檢測，顯示了該器件在藍色能源等領域應用的巨大潛力。

CS-TENG的器件結構和工作原理（圖片來源于中國科學院北京納米能源與系統研究所網站）

水波激勵下集成器件的性能表征（圖片來源于中國科學院北京納米能源與系統研究所網站）

超耐久性超長碳納米管研究進展

清華大學化工系魏飛教授、張如范副教授團隊以實驗形式研究了厘米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。相關論文發表于Science。研究團隊設計搭建了一個非接觸式聲共振測試系統。該系統不僅避免了電子束導致的樣品損傷，使得厘米長度的一維納米材料的疲勞測試成為可能，同時解決了小尺寸樣品在高周次循環載荷的施加問題。該碳納米管展現出十分優異的耐疲勞性，優于目前已知的所有工程材料。與一般傳統材料的疲勞損傷累積機制不同，其疲勞破壞呈現出整體破壞性，不存在損傷累積過程，初始缺陷的生成對碳納米管的疲勞壽命起主導作用。此外，其耐疲勞性可受到溫度影響，表現出隨著溫度升高而下降的特點。

聚集誘導發光納米仿生機器人研究進展

中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心蔡林濤研究員與合作者研發出一種基于聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用于血腦屏障穿越及腦膠質瘤靶向診療。相關論文發表于ACS NANO。通過借鑒科幻電影《終結者》中終結者機器人T-800的設計理念，粵港兩地研究人員合作開發以AIE聚合物材料為內骨骼，以自然殺傷細胞膜為外部皮膚的“終結者”納米機器人系統。在跨越血腦屏障進入腦部區域后，納米機器人可以利用NK細胞膜表面蛋白與腫瘤細胞膜表面受體的特異性識別，富集到腦膠質瘤細胞內。論文進一步從細胞水平和活體水平對納米機器人的靶向能力進行了驗證。

基于近紅外稀土納米晶/量子點雙激發解碼策略實現精準探溫

中國科學院福建物質結構研究所陳學元研究員團隊提出了利用基于稀土納米晶/量子點復合物探針的雙激發解碼策略來實現生物組織內精準溫度探測。相關論文發表于Advanced Science。首先，利用核殼結構NaLuF4∶Nd3+, Gd3+@NaGdF4稀土納米晶和PbS@CdS@ZnS量子點在兩親分子形成的膠束中，進行自組裝來構建稀土納米晶/量子點復合物微球。其次，利用Nd3+離子與量子點不同的光吸收特性，選用與808nm激光波長相近且共路的另一束830nm激光來單獨激發出復合物中量子點的發光。最后，通過此種雙激發策略將1057nm處重疊的發射信號進行分離，并計算其發射強度比值作為溫敏參數。

面向智能仿生感知系統的柔性人工突觸研究進展

中國科學院蘇州納米所張珽研究團隊使用氧化鋅納米線和海藻酸鈉設計制備了一種具有光感知功能的柔性仿生突觸晶體管。相關論文發表于Advanced Materials Technologies。視覺作為生物獲取外界信息的重要感知系統，對生物活動具有重要意義。受到蜜蜂視覺系統的啟發，該研究集成了視覺感知和信息處理的功能，器件同時對電信號和光信號刺激響應的特點，可以在電信號和光信號的共同作用下，實現短時突觸可塑性與長時突觸可塑性的轉換。此外，通過對此突觸晶體管器件的陣列化制備，實現了在不同電壓下光信號記憶水平的調節，實現了對生物視覺感知功能的初步模擬。

基于氧化鋅納米線和海藻酸鈉制備的具有光感知功能的柔性仿生突觸晶體管（圖片來源于中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所網站）

單原子修飾的納米反應器

中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊與有機-無機雜化材料研究組研究員楊啟華團隊合作，發展出一種單原子鋅修飾的中空碳球納米反應器。相關論文發表于Advanced Energy Materials。設計一種輕質量、高導電、高催化活性、優異親鋰位點、高機械強度的載體材料，同時能抑制多硫化物穿梭和金屬鋰枝晶的鋰硫全電池，是目前突破鋰硫電池應用瓶頸的一種有效方法。新設計的反應器可同時用做鋰硫電池正極、負極的基體，提高對多硫化物的催化活性并抑制鋰負極枝晶的生長，應用該反應器的高比能鋰硫全電池具有高載量、高倍率、長循環的特性。

基于DNA納米機器的腫瘤疫苗新進展

中國科學院國家納米科學中心丁寶全研究員課題組在DNA納米機器用于精準化智能化腫瘤疫苗研究方向取得進展。相關成果發表于Nature Materials。利用DNA折紙技術，構建尺寸形狀精準可控、同時搭載腫瘤抗原和多種佐劑的腫瘤疫苗體系，利用抗原特異性的免疫反應進行腫瘤免疫治療。這種基于多種成分共同精準組裝、刺激響應控制的DNA納米機器在腫瘤疫苗體系的開發及個體化的腫瘤免疫治療應用中顯示了巨大潛力。同時，DNA納米機器具有可程序化設計的特點，可以通過進一步設計優化用于病毒相關抗原及佐劑等功能成分的遞送，有望為抗病毒疫苗的構建提供全新的平臺。

生物全合成的自組裝納米疫苗新進展

中國科學院過程工程所生化工程國家重點實驗室生物劑型與生物材料團隊馬光輝研究員等與合作者采用生物全合成技術構建了一種自組裝蛋白納米顆粒，以此為“底盤”制備的多糖和多肽類納米疫苗，在多種動物模型中均展現出良好的安全性和高效的免疫應答水平，顯著增強了傳染病預防和腫瘤治療的效果。相關論文發表于Advanced Materials。該納米疫苗底盤為生物合成的蛋白骨架，避免了外源性合成材料的引入，保證了疫苗使用的安全性。同時，采用融合表達或蛋白糖基化修飾策略，可輕松實現多肽、多糖等不同類型抗原在“底盤”上的高效負載，無須額外化學偶聯過程。