祝贺！2022年中国学者在Nat Nanotechnol（IF=39）发表20篇文章

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截至2022年6月13日，2022年中国学者在Nature Nanotechnology 共计发表了20项研究成果，在材料学，纳米医学及纳米物理学等领域取得了重要进展，iNature系统盘点这些研究进展。

相比于其他Nature 子刊，中国学者在Nature Nanotechnology（月刊，平均每期发表研究论文9-14篇文章）发表的文章数量明显更多（除了Nature Communications之外）[如2022年中国学者在Nature Method 发表4篇文章；中国学者在Nature Genetics发表14篇；在Nature Cell Biology 发表13篇；在Nature Medicine 发表约10篇文章，在Nature Biomedical Engineering 发表约10篇文章，在Nature Immunology 发表约4篇文章，在Nature Microbiology 发表约5篇文章，在Nature Neuroscience 发表约6篇文章，在Nature Biotechnology 发表9篇]；相比于往年，在2022年中国学者在Nature Nanotechnology 发文明显增加。

【1】2022年6月6日，中国科学技术大学侯建国，董振超及张杨共同通讯在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Wavelike electronic energy transfer in donor–acceptor molecular systems through quantum coherence”的研究论文，该研究精确控制了定义明确的供体-受体模型系统中的分离，并揭示了从非相干到相干电子能量转移的转变。该研究通过扫描隧道显微镜诱导发光检测亚纳米分辨率的异二聚体的荧光。随着分子间距离的减小，偶极耦合强度增加，并出现两个新的发射峰：一个从供体发射蓝移的低强度峰，一个从受体发射红移的强度峰。红移发射的空间分辨光谱图像表现出 σ 反键样模式，因此表明由于分子激发态的同相叠加，整个异二聚体上的激子态的离域性质。这些观察结果表明，激子可以作为量子力学波包相干地穿过整个异二聚体。在模型系统中，波状量子相干传输通道的效率是非相干通道的三倍。

【2】2022年6月2日，宾夕法尼亚州立大学Robert J. Hickey团队（华南理工大学为第一单位，郎超为第一作者）在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Nanostructured block copolymer muscles”的研究论文，该研究报告了一类结合了溶液相嵌段共聚物自组装和应变程序结晶的纤维致动器。致动器由高度排列的纳米级结构组成，具有交替的结晶域和无定形域，类似于哺乳动物骨骼肌的有序和条纹图案。与目前的致动器相比，所报道的纳米结构嵌段共聚物肌肉在几个方面都表现出色，包括效率（75.5%）、致动应变（80%）和机械性能（例如，断裂应变高达 900%，韧性高达121.2 MJ m−3)。纤维表现出开/关旋转驱动，峰值转速为 450 r.p.m。此外，报告的纤维表现出多触发驱动（热和水合），提供可切换的机械性能和各种操作模式。总之，聚合物纤维的多功能性和可回收性，结合简便的制造方法，为使用嵌段共聚物制造多功能和可回收执行器开辟了新途径。

【3】2022年5月30日，德克萨斯大学西南医学中心Jacques Lux及德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心Jiang Wen（广州医科大学李雪峰为第一作者）共同通讯在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Cancer immunotherapy based on image-guided STING activation by nucleotide nanocomplex-decorated ultrasound microbubbles”的研究论文，该研究开发了一种超声 (US) 引导的癌症免疫治疗平台，该平台使用由 2'3'-环状单磷酸鸟苷-单磷酸腺苷 (cGAMP) 组成的纳米复合物，该纳米复合物与生物相容性支链阳离子生物聚合物静电结合，这些聚合物与 APC 靶向微泡 (MBs) 结合。纳米复合物结合的 MBs 与 APCs 结合，并通过声孔作用有效地将 cGAMP 递送到细胞质中，从而激活 cGAS-STING 和下游促炎通路，从而有效地引发抗原特异性 T 细胞。这种先天免疫和适应性免疫的桥接抑制了局部和转移性小鼠癌症模型中的肿瘤生长。总之，该研究结果表明在时空 US 刺激下靶向局部激活 APC 中的 STING 可产生全身抗肿瘤免疫并提高检查点阻断的治疗效果，从而为癌症靶向免疫治疗的新型图像引导策略铺平道路。

【4】2022年5月26日，南京大学朱嘉教授及徐凝共同在通讯在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“High-yield solar-driven atmospheric water harvesting of metal-organic-framework-derived nanoporous carbon with fast-diffusion water channels”的研究论文，该研究报告了一种 MOF 衍生的纳米多孔碳，一种具有快速吸附动力学和优异光热性能的吸附剂，可用于高产大气集水 (AWH)。由于扩散阻力最小，优化的结构（40% 的吸附位点和~1.0 nm 的孔径）具有优异的吸附动力学。此外，碳质吸附剂通过高效的太阳能加热和高导热率表现出快速的解吸动力学。基于源自金属-有机框架的纳米多孔碳的快速循环集水器可以在单日光照下在 30% 的相对湿度下产生 0.18 L kgcarbon−1 h−1的水。所提出的设计策略有助于为先进的淡水发电系统开发高产、太阳能驱动的 AWH。

【5】2022年5月23日，北京大学汪贻广，张强和游富平共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“A pyroptosis nanotuner for cancer therapy”的研究论文，该研究报告了一种可酸激活的纳米光敏剂库，可用于时空靶向内体成熟的不同阶段，从而实现可调节的细胞焦亡。早期内体中磷脂酶 C 信号转导的特异性激活会触发 gasdermin-E 介导的细胞焦亡，当酸激活的纳米光敏剂被转运到晚期内体/溶酶体中时，焦亡会显著降低。该纳米调谐器平台可在各种 gasdermin-E 阳性人类癌症中诱导细胞焦亡，可调节性高达 40 倍，从而增强抗肿瘤功效并最大限度地减少全身副作用。这项研究为如何通过针对生物医学应用的不同内吞信号的特异性靶向，来设计具有可调焦亡活性的纳米药物提供了新的见解。

【6】2022年4月25日，国家纳米科学中心的李连山与唐智勇共同通讯（杨金雷及涂斌为本文共同第一作者）在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Advancing osmotic power generation by covalent organic framework monolayer”的研究论文，该研究证明了具有良好有序孔排列的共价有机框架单层膜可以实现极低的膜电阻率和超高的离子电导率。当用作渗透发电机时，这些膜在混合人工海水和河水时产生超过 200 W m−2 的前所未有的输出功率密度。这项工作开辟了具有原子精确结构的多孔单层膜在渗透发电中的应用。

【7】2022年4月25日，华南师范大学詹求强团队在Nature Nanotechnology 在线发表题为“Migrating photon avalanche in different emitters at the nanoscale enables 46th-order optical nonlinearity”的研究论文，该研究展示了一种通用策略，基于迁移光子雪崩 (MPA) 机制，从位于多层核/壳纳米结构中的各种镧系元素发射体产生巨大的光学非线性。 MPA 纳米粒子的核心由 Yb3+ 和 Pr3+ 离子组成，激活雪崩环循环，其中在 852nm 激光激发下 Yb3+ 和 Pr3+ 离子同步实现 PA。这些纳米晶体表现出 26 阶非线性和 60 kW cm−2 的清晰泵浦阈值。此外，该研究证明了雪崩 Yb3+ 离子可以将其光学非线性响应迁移到位于外壳层的其他发射器（例如，Ho3+ 和 Tm3+），从而产生更高阶的非线性。因此，该研究的策略提供了一条在不同发射器中实现巨大光学非线性的简便途径。最后，该研究还展示了 MPA 发射器在生物成像中的适用性，使用一个低功率 852 nm 连续波激光束实现了约 62 nm 的横向分辨率。

【8】2022年4月25日，中山大学吴丁财及刘绍鸿共同在通讯在Nature Nanotechnology 在线发表题为“A robust all-organic protective layer towards ultrahigh-rate and large-capacity Li metal anodes”的研究论文，该研究通过合理整合基于多孔聚合物的分子刷，开发了一种坚固的全有机界面保护层，以实现高效且无枝晶的锂金属负极。具有刚性超交联骨架的多孔 xPCMS 内核显著提高了机械强度并为快速离子传导提供了足够的通道，而柔性 PEGMA 和锂化 Nafion 聚合物能够形成结构稳定的人工保护层，具有均匀的 Li+ 扩散和高 Li+ 迁移数。使用这种人造固体电解质界面，可在 10 mA cm-2 的超高电流密度下实现超过 9,100 h（>1 year）的超长期稳定循环，并在大面积容量下实现前所未有的可逆锂电镀/剥离（超过 2,800 h）（锂金属负极已达到 10 mAh cm−2)。此外，受保护的负极在与高负载正极（~4 mAh cm−2）配对时也表现出优异的电池稳定性，为锂金属电池的实际应用展示了巨大的前景。

【9】2022年4月21日，洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin，Paul J. Dyson，华北电力大学戴松元及西安交通大学杨冠军共同通讯在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Single-crystalline TiO2 nanoparticles for stable and efficient perovskite modules”的研究论文，该研究报告了一种简便的溶剂热法来合成具有暴露 (001) 晶面的单晶 TiO2 菱面体纳米颗粒。由于其低晶格失配和与钙钛矿吸收剂的高亲和力、高电子迁移率和较低的缺陷密度，单晶 TiO2 纳米颗粒基小尺寸器件的效率为 24.05%，填充因子为 84.7%。在连续运行 1,400 h 后，这些设备可保持约 90% 的初始性能。该研究制造了大面积模块，获得了 22.72% 的认证效率，有效面积接近 24 cm2，这是放大时效率损失最低的最高效率模块。

【10】2022年4月18日，湖南大学段曦东团队在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Endoepitaxial growth of monolayer mosaic heterostructures”的研究论文，该研究报告了一种在单层二维原子晶体中制造镶嵌异质结构阵列的合理合成策略。通过使用激光图案化和各向异性热蚀刻工艺，该研究在二维晶体中创建了具有精确控制尺寸和原子级清洁边缘的周期性三角形孔阵列，作为另一个二维晶体的内外延生长的稳健模板，以获得单层镶嵌异质结构的异质结界面。系统的微观结构和光谱表征揭示了整个镶嵌异质结构中化学成分、晶格应变和电子带隙的周期性调制。具有高水平合成控制的单层镶嵌异质结构的稳健增长为能带结构工程和空间调制原子薄二维晶体中的潜在景观开辟了道路，为基于二维异质结构的复杂器件和集成电路的基础研究和开发建立可设计的材料平台。

【11】2022年4月11日，中山大学刘进团队在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Tailoring solid-state single-photon sources with stimulated emissions”的研究论文，该研究通过受激发射在单个外延量子点中，定制来自梯型三能级系统的腔增强自发发射。在通过双光子共振激发填充量子点的双激子 (XX) 后，研究人员使用另一个激光脉冲将 XX 状态选择性地减少到具有预定义极化的激子 (X) 状态。受激的 XX-X 发射改变了 X 衰减动力学并改善了偏振单光子源的特性，例如源亮度为 0.030(2)、单光子纯度为 0.998(1) 和不可区分性为 0.926( 4）。总之，该研究方法可以很容易地应用于现有的量子点单光子源，并扩展了高级量子光子功能的三能级系统的能力。

【12】2022年4月11日，厦门大学刘刚及新加坡国立大学陈小元共同通讯（刘超及刘雪为该论文的共同第一作者）在Nature Nanotechnology （IF=39）在线发表题为“Tailoring solid-state single-photon sources with stimulated emissions”的研究论文，该研究描述了一种基因工程细胞膜纳米囊泡，它整合了抗原自我呈递和免疫抑制逆转 (ASPIRE) 用于癌症免疫治疗。ASPIRE 纳米疫苗源自重组腺病毒感染的树突状细胞，其中特定的肽主要组织相容性复合物 I 类 (pMHC-I)、抗 PD1 抗体和 B7 共刺激分子通过程序化过程同时锚定。ASPIRE 可以显著改善抗原向淋巴器官的传递，并产生广谱 T 细胞反应，从而消除已形成的肿瘤。 这项工作提出了一种强大的疫苗配方，可以直接激活天然 T 细胞和耗尽的 T 细胞，并提出个性化癌症免疫治疗的一般策略。

【13】2022年3月24日，华南理工大学王均，熊梦华，中山大学鲍燕和中国科学技术大学肖石燕共同在通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“A transistor-like pH-sensitive nanodetergent for selective cancer therapy”的研究论文，该研究报告了“质子晶体管”纳米去污剂的设计，该去污剂可以将肿瘤组织的微妙 pH 扰动信号转换为选择性癌症治疗的膜溶解活性信号。该研究发现性能最佳的“质子晶体管”纳米去污剂 P(C6-Bn20) 可以在 0.1 pH 输入信号下实现 > 32 倍的细胞毒性变化。在生理 pH 值下，P(C6-Bn20) 自组装成中性纳米粒子，具有由聚（乙二醇）壳屏蔽的非活性膜解块，表现出低毒性。在肿瘤酸性条件下，其质子化状态的急剧转变诱导形态转变和膜解块的激活，阳离子-π相互作用促进含有苄基的疏水结构域插入细胞膜，从而产生有效的膜解活性。 P(C6-Bn20) 在小鼠中具有良好的耐受性，并在各种小鼠肿瘤模型中显示出高抗肿瘤功效。

【14】2022年3月14日，江南大学匡华，胥传来，美国密歇根大学Nicholas A. Kotov及以色列魏茨曼科学研究所Rafal Klajn共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Polarization-sensitive optoionic membranes from chiral plasmonic nanoparticles”的研究论文，该研究展示了手性纳米粒子的纳米多孔薄膜，由于纳米粒子界面处的光诱导偏振依赖性离子积累而对圆偏振具有高灵敏度。用 L-苯丙氨酸修饰的自组装多层金纳米粒子在右旋圆偏振光下产生的光电流高达左旋圆偏振光下的 2.41 倍。产生平面手性等离子体模式的多个纳米粒子之间的强等离子体耦合促进了电子的喷射，其在膜-电解质界面的截留由厚层对映体纯苯丙氨酸促进。在所有入射角均具有相同灵敏度的光椭圆率的演示检测模拟了海洋动物偏振视觉的现象学方面。总之，该研究在光电膜中发现的自组装的简单性和偏振检测的灵敏度，为一系列用于手性光子学的小型化流体器件打开了大门。

【15】2022年3月14日，清华大学熊启华和新加坡南洋理工大学Antonio Fieramosca共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Nonlinear polariton parametric emission in an atomically thin semiconductor based microcavity”的研究论文，该研究展示了在拐点泵浦并在基态触发的 WS2 单层微腔中实现非线性光学参量极化子。该研究观察到相位匹配的闲置状态和非线性放大的形成，它保留了谷群并在室温下存活。总之，该研究结果为实现全光谷极化子非线性器件的未来打开了一扇新的大门。

【16】2022年2月20日，韩国蔚山国立科学技术研究院Jong-Beom Baek，Hu Young Jeong及复旦大学李峰共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Abrading bulk metal into single atoms”的研究论文，该研究展示了单原子催化剂（包括铁、钴、镍和铜）可以通过自上而下的磨损方法制备，其中大块金属直接雾化到不同的载体上，如碳骨架、氧化物和氮化物。通过改变磨损率可以很容易地调整金属负载的水平。在这个过程中没有使用合成化学品、溶剂甚至水，也没有产生副产品或废物。潜在的反应机制涉及在载体上原位产生缺陷的机械化学力，然后捕获并稳定隔离原子化金属。

【17】2022年2月3日，新加坡国立大学Hyunsoo Yang，麻省理工学院付亮及复旦大学何攀共同通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Graphene moiré superlattices with giant quantum nonlinearity of chiral Bloch electrons”的研究论文，该研究展示了在零磁场下石墨烯莫尔超晶格中巨大的二阶非线性传输，无论是纵向还是横向于施加的电流方向。六方氮化硼的高载流子迁移率和反转对称性破坏导致非线性电导率比 WTe2 中的高五个数量级。非线性电导率在很大程度上取决于栅极电压以及堆叠配置，莫尔带带来了巨大的增强。纵向非线性电导率不能源自贝里曲率偶极子。该研究的理论模型强调了手性布洛赫电子的偏斜散射作为物理起源。有了这些结果，该研究证明了由于谷对比手性导致的非线性电荷传输，这构成了在范德华异质结构中诱导二阶传输的替代方法。该研究的方法有望用于通过整流在倍频和能量收集中的应用。

【18】2022年1月20日，中国科学院南京土壤所骆永明团队在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Quantitative tracing of uptake and transport of submicrometre plastics in crop plants using lanthanide chelates as a dual-functional tracer”的研究论文，该研究首次利用稀土配合物掺杂标记对亚微米级塑料颗粒在蔬菜、作物中的生物积累和转运进行了精确定量分析和时间分辨荧光成像。

【19】2022年1月20日，麻省理工学院孔敬，Tomás Palacios，西湖大学师恩政及北京大学曹安源共同在通讯在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Soft-lock drawing of super-aligned carbon nanotube bundles for nanometre electrical contacts”的研究论文，该研究开发了一种非破坏性软锁绘图方法，以实现具有非常高对准度（角度标准偏差约为 0.03°）的超洁净单壁 CNT 阵列。这些阵列包含大部分纳米尺寸的 CNT 束，产生高堆积密度（~400 µm−1）和高载流能力（~1.8 × 108 A cm−2）。这种对齐策略通常可以扩展到不同的基板或原始单壁 CNT 的来源。值得注意的是，组装的 CNT 束被用作高密度单层二硫化钼 (MoS2) 晶体管的纳米电触点，表现出高电流密度 (~38 µA µm−1)、低接触电阻 (~1.6 kΩ µm)、出色的器件-器件之间的均匀性和高度减小的器件面积（每个器件 0.06 µm2），展示了它们在未来电子器件和先进集成技术方面的潜力。

【20】2022年1月20日，复旦大学彭慧胜及王兵杰共同通讯（廖萌，王闯和洪扬为共同第一作者）在Nature Nanotechnology（IF=39）在线发表题为“Industrial scale production of fibre batteries by a solution-extrusion method”的研究论文，该研究提出了一种新的通用溶液挤出方法，可以在工业规模上一步生产连续纤维电池。该研究的三通道工业喷丝板以高生产率同时挤出并结合纤维电池的电极和电解质。功能组件之间的层流保证了它们在挤压过程中的无缝接口。该研究的方法为每个喷丝头单元生产 1,500 km 的连续纤维电池，也就是说，纤维比之前报道的长三个数量级以上。最后，该研究展示了用于智能帐篷应用的大约 10 m2 机织纺织品的原理验证，电池的能量密度为 550 mWh m-2。

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圆偏振光 (CPL) 和物质之间的相互作用为许多新兴技术带来了希望。然而，对于手性有机材料或无机纳米粒子 (NPs) 的光电薄膜，左旋 (L) 和右旋 (R) 光子之间的光吸收差异通常不超过百分之几，这非常适用于偏振敏感的光电流器件。具有与 CPL 的螺旋场分布相匹配的纳米级几何形状的超材料和超表面，增加了光物质相互作用对圆偏振的敏感性。然而，这些元结构的平面外工程会导致性能和制造上的权衡，阻碍光吸收转化为电子传输并赋予强烈的角度依赖性。

类似于 CPL 与分子中的电子云的耦合，光子的自旋角动量与电活性纳米级孔中离子云的传输耦合可导致光电效应。特别感兴趣的是受生物启发的光敏纳米级通道，其中一些复制了视网膜细胞的膜，但不知道它们产生的光电流或光电压是否依赖于 CPL。

在这里，该研究表明手性金纳米粒子的薄纳米级膜中的光离子现象导致对入射光子的圆极化出乎意料的高灵敏度。当自组装膜（纳米膜）中的 NPs 被 L-苯丙氨酸（Phe）修饰时，与左旋圆偏振 (LCP) 照明下分别用于单层 (1L)、三层 (3L)、五层 (5L) 和十层 (10L) 纳米膜相比，右旋圆偏振（RCP）照明下穿过层的光致电流（photocurrent）是 1.47、1.87、2.20 和 2.41 倍。

手性等离子体 NP 纳米薄膜中的偏振敏感光电效应（图源自Nature Nanotechnology ）

实验和计算研究表明，入射到多层 NP 膜上的 CPL 的偏振相关转换成跨手性 NPs 薄膜的光电流，源于由耦合在纳米膜平面内的强等离子体模式促进的光驱动电子喷射。NP表面上的对映纯Phe配体的厚表面层延长了喷射电子的寿命，而在界面处积累的光致电荷导致纳米级通道中离子气氛的重组。这些光离子效应可用于广泛的微制造流体装置。

总之，该研究在光电膜中发现的自组装的简单性和偏振检测的灵敏度，为一系列用于手性光子学的小型化流体器件打开了大门。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01079-3

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