基于菁染料响应G-四链体结构变化的半胱氨酸检测探针

半胱氨酸是生物体中起着重要作用的还原性氨基酸,其在体内的含量变化可能会诱发机体发生多种病变。因此高选择性、高灵敏度和低成本的半胱氨酸检测技术具有重要意义。目前,高效的半胱氨酸检测方法有毛细管电泳、质谱、高效液相色谱和表面增强拉曼散射等,这些方法往往需要复杂的样品制备和精细的实验仪器,可能会限制其在半胱氨酸检测中的应用。本文利用富含鸟嘌呤的DNA链序列在钾、钠等金属离子诱导下形成对汞离子产生特殊响应的二级结构,而菁染料能够对DNA结构进行识别,并由此引起其超分子聚集形式的改变,致使其紫外和可见光谱性质随之变化。最终以Hg²⁺调控G-四链体与菁染料(ETC)组建的传感器,实现对溶液体系中半胱氨酸高选择性的快速可视化检测。     

Gypensapogenin H from hydrolyzate of total Gynostemma pentaphyllum saponins induces apoptosis in human breast carcinoma cells

Abstract

Gypensapogenin H (Gyp H) is a novel dammarane-type triterpene, isolated from hydrolyzate of total saponins from Gynostemma pentaphyllum. Our previous work demonstrated that Gyp H exhibited potent growth inhibitory effects on tumor cells. It significantly inhibited the growth of human breast cancer cells (MDA-MB-231), while having low toxicity to normal human breast epithelial cells, MCF-10a. Further mechanistic study demonstrated that Gyp H decreased survival, inhibited proliferation, migration, induced apoptosis and led to cell cycle arrest. For the MDA-MB-231 cell lines, Gyp H increased expression of P21, Bax and cytochrome c, induced PARP cleavage and activated caspases. Gyp H also reduced expression of CDK2/4, CyclinD1, E2F1 and Bcl2, which associated with the cell cycle arrest. Thus, our finding may be useful for understanding the mechanism of action of Gyp H on breast cancer cells and suggest that Gyp H would be a leading agent for the treatment of breast cancer.     

碳化钨-石墨烯插层复合物的制备及作为甲醇氧化助催化剂的性能研究

直接甲醇燃料电池(DMFCs)作为一种环境友好、高效的新能源,对解决世界目前面临的“能源危机”与“环境危机”这两大问题有着至关重要的意义,具有较广阔的应用前景.目前,甲醇氧化催化剂仍然以 Pt基为主,但是 Pt价格昂贵,且容易受甲醇氧化中间产物的毒化,从而影响了 DMFCs的商业化进程.碳化钨(WC)作为非贵金属催化剂,在催化方面具有类铂的性能.在 WC上负载适量的 Pt,可以通过两者的协同效应加强催化剂的抗 CO中毒能力.但是,由于 WC的导电性能不佳,比表面积较小,因此寻找合适的载体显得尤为必要.在碳载体中,石墨烯(RGO)具有优良的导电性以及独特的片层结构,是电催化剂的理想载体.以 RGO为载体, WC为插层物质制备的 WC-RGO插层复合物具有化学稳定性好、电导率高且电化学活性面积大等优势.但是,由于石墨烯表面光滑且呈惰性,同时使用传统的碳化方法制备的碳化钨颗粒较大,因此,制备较小颗粒且分散均匀的 WC-RGO插层复合物具有较大难度.一般以偏钨酸铵和氧化石墨烯(GO)为前驱体制备 WC-RGO插层复合物,但是由于偏钨酸根和 GO都带负电,因此不能成功地将偏钨酸根引入到石墨烯的片层结构中,造成 WC-RGO插层复合物组装上的困难.本文采用硫脲成功地合成了具有高分散性 WC纳米颗粒插层在少层 RGO里的 WC-RGO插层复合物.硫脲((NH2)2CS)作为阴离子接受器,具有较强的结合阴离子形成稳定复合物的能力,同时它也是合成具有片层结构的过渡金属硫化物的原料之一.因此在 WC-RGO插层复合物组装过程中,硫脲既作为锚定及诱导剂,又是制备片层二硫化钨(WS2)的硫源.材料具体制备方法如下：首先利用浸渍法,将偏钨酸根阴离子([H2W12O40]6?)牵引到(NH2)2CS改性过的 GO上形成[H2W12O40]6?-(NH2)2CS-GO前驱体;然后将前驱体放入管式炉中还原碳化,前驱体先反应生成 WS2;由于 WS2自身的2D片层结构,反应中可以得到 WS2-RGO插层复合物,接着原位碳化生成 WC-RGO插层复合物.碳化钨-石墨烯负载铂电催化剂(Pt/WC-RGO)通过微波辅助法制得,并采用 X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及激光拉曼光谱等手段对其结构与形貌进行了表征.结果显示,在 WC-RGO插层复合物中, WC的平均粒径为1.5 nm, RGO的层数约为5层.在甲醇电氧化反应中,相比于商用 Pt/C催化剂, Pt/WC-RGO插层复合物催化剂具有更高的电化学活性面积(ECSA)和较高的峰电流密度(246.1 m2/g Pt,1364.7 mA/mg Pt),分别是 Pt/C的3.66和4.77倍.我们分别利用 CO溶出伏安法、计时电流法及加速耐久性试验法验证了 Pt/WC-RGO催化剂优秀的抗 CO中毒能力及稳定性. Pt/WC-RGO催化剂特殊的插层结构,在增加 WC与 Pt接触机会以加强协同作用的同时,促进了催化过程中质量及电荷的转移,因而具有比 Pt/C更高的催化活性.可见,通过制备WC-RGO插层复合物可降低 Pt用量,从而大大地降低燃料电池中电催化剂的成本.同时,我们使用的是一种高效,可大批量生产纳米材料的方法,有助于催化剂的商业化.     

Engineered Molecular Chain Ordering in Single‐Walled Carbon Nanotubes/Polyaniline Composite Films for High‐Performance Organic Thermoelectric Materials

Single‐walled carbon nanotubes (SWNTs)/polyaniline (PANI) composite films with enhanced thermoelectric properties were prepared by combining in situ polymerization and solution processing. Conductive atomic force microscopy and X‐ray diffraction measurements confirmed that solution processing and strong π–π interactions between the PANI and SWNTs induced the PANI molecules to form a highly ordered structure. The improved degree of order of the PANI molecular arrangement increased the carrier mobility and thereby enhanced the electrical transport properties of PANI. The maximum in‐plane electrical conductivity and power factor of the SWNTs/PANI composite films reached 1.44×10³ S cm^?1 and 217 μW m^?1 K^?2, respectively, at room temperature. Furthermore, a thermoelectric generator fabricated with the SWNTs/PANI composite films showed good electric generation ability and stability. A high power density of 10.4 μW cm^?2 K^?1 was obtained, which is superior to most reported results obtained in organic thermoelectric modules.     

应用纳米零价铁富集银的研究

大量研究表明,纳米零价铁（nanoscale Zero-Valent Iron,nZVI）对水中重金属,尤其是金、银等稀贵金属,有良好的分离富集作用.利用纳米零价铁反应器证明了nZVI可从废水中分离低浓度的银离子（Ag⁺）,并生成高含量的“银矿石”.此外,也证明了反应区氧化还原电位能够反映nZVI与Ag⁺的反应速率和分离效率.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱和高分辨透射电子显微镜等手段对反应产物进行表征,证实了Ag⁺可被nZVI还原为单质银,并以纳米颗粒的形式（<10 nm）沉积在nZVI表面.与其他材料（常见吸附/还原材料）相比,nZVI具有效率高,受pH影响小的优点.研究结果表明,nZVI是一种能够高效富集痕量银资源并产生高价值纳米银的材料.     

聚焦变革中的催化——始终基于解决重大经济社会需求的催化工程问题（英文）

催化是化学工业中最重要和最普遍的跨学科技术,也是具有重要社会影响的学科之一,是一门基于应用、注重实践、与化学工程息息相关的学科.应用、实践是催化的根本,也是其生命力所在,其发展轨迹与人类的历史进程密不可分.从20世纪初Mittasch贡献的高效Fe基催化剂为氮基化肥的大规模推广奠定了基础,到60年代,分子筛裂化催化剂使汽油收率和辛烷值大幅提升,为交通运输业的大力发展奠定了能源基础,推动了交通运输业的革命.从齐格勒和纳塔TiCl_4-AlEt_3体系催化乙烯、丙烯、丁烯等在低压下高收率地聚合,生成分子结构高度规整的立体定向聚合物——聚烯烃,到汽车排气管中的Pt-Rh-Pd三效催化剂,可以通过氧化和还原反应,把废气中的烃类物质和CO转化为水和CO_2,同时把环境危害大的NO_x分解成无害的N_2和O_2,等等.这些催化的印记推动了产业变革和社会进步.可以说,无处不在的催化支撑了人类社会的发展.近年有些突破也发生在我国,使我们更加感受到催化的力量.催化科学与技术是极其复杂的.一方面表现在表面科学的知识和催化反应的物理化学现象建模,材料科学和无机化学以制备合适的纳米结构催化剂;另一方面表现在催化剂成型、反应动力学评价和催化过程建模.这两个方面均涉及原料多样性、催化材料多变性、化工工艺适应性、宏量制备放大效应,以及本征与表观性能关联等复杂问题.但是这些复杂性问题与催化发展的根本相比,或者说,与催化发展的核心驱动力相比,很显然,催化解决重大经济社会问题更应引起关注,这是催化的使命所在.目前,我国催化基础研究走在了世界前列,已经取得了重大突破,李灿等成功组织举办了第16届国际催化大会,包信和、孙予罕等科学家的一系列重大催化基础研究成果在Science、Nature等期刊上发表,李灿、包信和等多名科学家被国际催化相关学术组织颁发荣誉称号,张涛等人一系列重大成果被评为重要进展.与此同时,我国在煤制烃、油品质量升级以及绿色化工等能源化工催化方面取得了重大的工业化成果.这些走在世界前列的重大催化工业化成果驱动了我国经济社会发展.本文试图总结这些重大工业化催化成果,并基于经济社会发展提炼相关催化问题,探讨发展方向、路径与对策.     

过渡金属(Mo,Fe,Co和Ni)基催化剂在电催化还原二氧化碳还原中应用

近年来,全球二氧化碳排放量逐年增加, 对人们赖以生存的生态环境已造成严重威胁, 因此将二氧化碳转化成高附加值的化学品和燃料受到前所未有的广泛关注. 与目前已开发的转化技术(如热催化和光催化等)相比, 电催化二氧化碳转化技术具有稳定的效率?可控的选择性?简单的反应单元和巨大的工业应用潜力, 是一种更为理想的转化技术之一. 从反应动力学来看, 目前的催化剂仍难以克服反应过程中高的能量屏障以及迟缓的反应速度. 另一方面, 电催化二氧化碳转化包含多个质子和电子的耦合过程, 反应过程包含多种路径, 反应产物往往是混合物. 在此背景下, 如何发展高催化效率和高选择性电催化剂成为目前研究的焦点. 在众多的电催化剂中, 贵金属及其合金展现出较高的电催化二氧化碳还原活性, 但储量小的缺点限制了其大规模的工业应用. 铜基材料可以把二氧化碳转化为附加值更高的产品. 然而, 铜基材料仍难以克服选择性差?失活严重和效率低等缺点. 作为一种更廉价的材料, 碳基催化剂具有价廉?比表面积大?导电性好?化学性质稳定以及优异的机械性能等优点在电催化二氧化碳还原中得到了广泛的研究. 然而, 单纯的碳催化剂对于二氧化碳分子活化以及吸附反应中间体能力较低, 导致了碳基材料催化电催化二氧化碳还原活性以及选择性较低. 因此, 开发出可实际应用的高效率和高选择性非贵金属电极材料是当前该技术研究中亟待解决的关键科学问题.过渡金属基化合物在能源转化中展现出巨大的应用潜力. 过渡金属价电子在d轨道, 而d轨道邻近费米能级, d轨道电子填充的变化使得d轨道中心与费米能级相对位置发生变化, 进而展现出多种催化活性. 电催化二氧化碳还原是一个多电子和质子耦合过程, 催化剂的本征活性由其表面电子结构决定. 在此背景下, 过渡金属基化合物价层电子轨道的多变性使其成为提高电催化二氧化碳还原效率和选择性的理想催化剂. 对于电催化二氧化碳还原, 不同中间体的标度关系是制约反应总效率的关键因素. N?rskov等研究发现, MoS2, MoSe2和Ni掺杂 MoS2催化剂上存在不同种类的活性位点. 不同的活性位点可以分别吸附反应中间体并使中间体的吸附过程相对独立, 从而有效打断中间体的标度关系. 2014,Salehi-Khojin等成功把MoS2应用在高效电催化二氧化碳还原中. 边缘Mo原子d带电子靠近费米能级的特性使其具有更高的电催化活性. 其它研究工作者通过引入掺杂物质, 进一步提高了MoS2的电催化二氧化碳还原性能. Fe位点在理论上虽然具有很高的电催化二氧化碳转化活性, 然而目前铁基催化剂的研究相对较少. Co基材料也可用于电催化二氧化碳转化.2016年, Xie等首次制备无机Co基材料用于电催化二氧化碳还原. 部分氧化的钴可以促进速控步骤反应进程, 进而降低整体反应的过电势. 基于此, 制备了超薄的Co3O4片层, 发现价电子轨道中心更靠近费米能级时, 电极材料展现出更高的催化活性. 进一步研究发现氧空穴的存在也可以减小速控步骤的能量屏障. 此外, Ni基材料也被证明具有高的催化二氧化碳转化活性. 目前这些研究工作对如何构建高性能电极材料在理论上给出了指导方向, 并且联系实验证明了方法的可行性. 受到这些工作的启发, 未来可将有巨大潜力的过渡金属基化合物化合物, 例如过渡金属氮化物?过渡金属磷化物?过渡金属碳化物和过渡金属硼化物等, 作为电催化剂研究其二氧化碳还原催化性能. 另外, 就目前的研究来看, 将二氧化碳有效地还原到特定的产物仍存在巨大的挑战. 如何优化过渡金属(Mo, Fe, Co和Ni)基催化剂价层d轨道结构, 促进反应中间体吸附过程, 将是解决催化活性和选择性这一科学问题的关键.     

Simplified fabrication of high areal capacitance all-solid-state micro-supercapacitors based on graphene and MnO2 nanosheets

A universal simplified strategy was developed to fabricate all-solid-state planar micro-supercapacitors with high areal capacitance (~355 mF/cm²), based on interdigital patterned films of 2D pseudocapacitive MnO₂ nanosheets and electrochemically exfoliated graphene.     

Mesoporous carbon material as cathode for high performance lithium-ion capacitor

The mesoporous carbon material with large pore volume and high surface area by a simple situ MgO template method is synthesized, which is utilized as cathode to assemble a high performance lithium ion capacitor.     

铂类抗癌药物的多功能纳米递送体系

以顺铂为代表的小分子铂类抗癌药物是临床应用的一线化疗药物,但其严重的毒副作用和难以克服的耐药性限制了铂类药物的临床应用和研发。运用纳米药物递送技术可以实现药物的靶向递送和可控释放,来提高药物的生物利用度,降低药物的毒副作用以及耐药性,为癌症的治疗带来新的希望。此外,丰富多样的纳米递送体系易于实现药物与具有生物学活性试剂的共运输,从而为各种治疗策略以及诊疗策略的联用提供可能,为最终实现癌症的精准治疗展现广阔前景。本文从靶向递药、药物可控释放、联合治疗、诊疗一体化四个方面对铂类抗癌药物的多功能纳米递送体系在癌症治疗中的最新研究进展进行综述,同时通过列举最新研究成果,展示了新材料、新技术以及新颖设计思想在铂基纳米递送体系中的应用。