中国科学院俞书宏院士团队最新研究成果

一、文献解读

1. 药物蛋白稳定的仿生非晶矿物纳米颗粒作为优质药物载体

第一作者：Jing-Shi Lei

通讯作者：Li-Bo Mao, Shu-Hong Yu, Zuo-Lin Wang

通讯单位：中国科学技术大学纳米材料与化学研究室，中国科学院纳米科学卓越中心，化学系，仿生材料与化学研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202202928

碳酸钙和磷酸钙等矿物质由于具有较高的生物相容性，常被用作药物蛋白载体，是药物蛋白治疗的迫切需要。然而，它们的性能受到一些障碍的制约，如负载能力低和循环半衰期短。受生物矿物通过可溶性蛋白稳定的非晶态前体在体内生长的启发，在这里，药物蛋白直接用于在受控矿化环境中稳定非晶态碳酸磷酸钙(ACCP)。由于合成条件温和，药物在ACCP载体中的生物活性得以保留。ACCP纳米颗粒(NPs)固有的高吸收能力导致了超高的蛋白质负载能力。此外，该载体的非晶态性质保证了蛋白分子在载体中的均匀分布，从而使药物在体外表现出长期释放。胰岛素样生长因子-1负载ACCP NPs的高成骨能力证明了这一策略的有效性。因此，这种仿生策略为基于药物蛋白的应用提供了一个有前途的纳米平台。

图1. 作为蛋白质载体的m-IGF-1合成和体内解离的示意图。

受仿生矿化的启发，蛋白质可以作为成核抑制剂，与非晶相中的矿物相互作用并暂时稳定。在生物环境中，无定形矿物载体逐渐分解，蛋白质因此逐渐释放，从而加速新骨的形成。

2. 近红外有源晶格匹配形态异质结提高光电化学效率

第一作者：Guo-Qiang Liu

通讯作者：Shu-Hong Yu，Min-Rui Gao，Edward H. Sargent

通讯单位：中国科学技术大学纳米材料与化学研究室，中国科学院纳米科学卓越中心，化学系，仿生材料与化学研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24569-9

光电化学催化是利用太阳能直接制氢的一种有吸引力的方法。然而，由于到目前为止，与可见光和紫外线区域相比，近红外区域的光收集效率有限，这阻碍了太阳能的转换效率。

在这里，Shu-Hong Yu及其同事介绍了具有晶格匹配形态异质纳米结构的近红外活性光阳极，这种策略通过同时增加光收集光谱范围和电荷分离效率来提高能量转换效率。具体来说，作者展示了由BiSeTe三元合金纳米管和超薄纳米片组成的近红外活性形态异质结。异质结的分层纳米结构在两个形态组分的晶格匹配界面分离电荷，防止进一步的载流子重组。结果表明，在不含助催化剂的空穴清除剂的电解质溶液中，光阳极在800 nm处实现了36%的入射光子到电流的转换效率。

图2. BST-MHs的形态和成分表征。

a. BST-MHs的TEM图像。插图是示意图的几何模型。b. BST-MHs的AFM图像。c. BST-MHs的EDS映射图像。d. BST-MHs的切片示意图。e, f. 接合点的TEM图像和HRTEM图像。g–i. (f)绿域内纳米管的HRTEM图像、FFT和逆FFT。j-l. (f)蓝域内纳米片的HRTEM图像、FFT和逆FFT。m-o. (f)黄色域结的HRTEM图像，FFT，反FFT。

3. 用于柔性太阳能热电器件的有序纳米线薄膜的Janus螺旋带状结构

第一作者：Cheng Chen

通讯作者：Jian-Wei Liu, Shu-Hong Yu

通讯单位：中国科学技术大学纳米材料与化学研究室，中国科学院纳米科学卓越中心，化学系，仿生材料与化学研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202206364

太阳能热电装置在解决全球变暖问题中发挥着重要作用，因为其独特的特点是将废热和太阳能直接转化为电能。在此，作者设计了一种灵活的3D Janus螺旋带状结构，从排列良好的碲(Te)纳米线薄膜开始，使用原位氧化还原过程与Ag+和Cu2+反应，在同一薄膜中产生n型、p型和光热面。值得注意的是，该装置通过将冷侧与被动辐射冷却技术耦合，将热侧与选择性太阳吸收技术耦合，显示出全天发电和大的温度梯度，显示出29.5 K的温度梯度，这远高于先前报道的低太阳辐射下仅614 W m−2的装置。特别是，该设备即使在晚上也能发电。目前的策略为有效利用太阳能和宇宙的寒冷提供了一种新的热管理方式。

4. 用于定制骨植入物的具有可调微结构的非晶态前体介导磷酸钙涂层

第一作者：Li-Na Wang

通讯作者：Li-Bo Mao, Shu-Hong Yu, Zuo-Lin Wang

通讯单位：中国科学技术大学纳米材料与化学研究室，中国科学院纳米科学卓越中心，化学系，仿生材料与化学研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adhm.202201248

磷酸钙(CaP)常被用作骨植入物的涂层，以促进骨整合。然而，通过等离子喷涂的商用CaP涂层显示出相似的微观结构，因此无法根据不同的手术条件或骨骼部位提供特定的植入物。在此，作者受非晶态前驱体介导的具有各种形态的天然生物矿物形成的启发，制备了由非晶态亚稳相介导的具有可调谐微观结构的CaP涂层。聚天冬氨酸和Mg2+对涂层的微观结构进行了精确的控制。不同微结构的CaP涂层在碱性磷酸酶活性、矿化、成骨相关基因表达等细胞生物学行为上存在显著差异。此外，体内实验表明，不同类型的大鼠和骨骼的骨整合确实有利于不同的CaP涂层。这种仿生策略可用于制造定制的骨植入物，以满足各种手术条件的特定要求。

图3. 具有可调微结构的非晶态前体介导磷酸钙涂层的合成示意图（上）以及大鼠体内实验示意图表明：不同类型的和骨骼的骨整合确实有利于不同的CaP涂层（下）。

5. 半导体纳米线薄膜中的可控逆光导

第一作者：Rui Wang

通讯作者：Jian-Wei Liu, Shu-Hong Yu

通讯单位：中国科学技术大学纳米材料与化学研究室，中国科学院纳米科学卓越中心，化学系，仿生材料与化学研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202204698

碲(Te)作为一种典型的p型半导体，被广泛用于光电探测器的构建。然而，报道的文献中仅观察到基于光导效应的Te基光电探测器的正光导。作者报道了一种不同寻常但有趣的现象，即碲纳米线(NWs)在从紫外到VIS-IR区域的放大光强下表现为负光响应对正光响应。实验和模拟结果表明，Te NWs表面吸附的氧在异常光响应中起着重要作用。反光导效应可以归结为光导效应和氧解吸效应之间的竞争。此外，作者还讨论了Te NWs的尺寸和层数的影响。通过引入Te-Au异质结体系进一步探讨了这种逆光导现象。在Te-Au异质结界面处的热电子注入引起了更明显的负光响应倾向。这些发现将有助于Te NW基光电探测器的潜在应用。