纳米材料

可储氢的“纳米巧克力”结构创建

据美国化学学会（ACS）期刊《ACS Nano》上发表的一项研究，德国电子同步加速器（DESY）团队开发出一种创新方法，可将纳米粒子变成简单的储氢库。

具有高度挥发性的氫气被认为是未来很有前途的能源载体，可为飞机、船舶和卡车提供气候友好型燃料，并允许生产气候友好型钢铁和水泥——这取决于氢气如何生成。然而，储存氢气的成本很高：要么将气体保存在压强高达700巴（压强单位，1巴=100千帕）的加压罐中，要么将其液化，这意味着须将其冷却至-253℃。这2个过程都会消耗额外的能量。

DESY纳米实验室负责人安德雷斯·斯蒂尔领导的团队设计了一种新方法，将氢储存在由贵金属钯制成的直径仅为1.2nm的微小纳米粒子中。钯可以像海绵一样吸收氢的事实早已为人所知。

这些微小粒子足够坚固，它们由稀有贵金属铱制成的核也很稳定，并附着在石墨烯载体上。斯蒂尔说：“我们能够将钯粒子以仅2.5nm的间隔附着在石墨烯上。这会形成一种规则的、周期性的结构。”

斯蒂尔表示，接下来，研究人员希望确定使用这种新方法可以实现的存储密度。然而，在进行实际应用之前，仍然需要克服一些挑战。例如，其他形式的碳结构或是比石墨烯更合适的载体，研究人员正在考虑使用含有微孔的碳海绵。（科技日报）

“毛状纳米晶体”可减少癌症药物副作用

据近日发表在《今日材料化学》杂志上的研究，由美国宾夕法尼亚州立大学和寺崎生物医学创新研究所科学家组成的合作团队已设计出了一种应对癌症药物副作用的方法。他们开发以植物为基础的“毛状纳米晶体”，可去除血液中多余的化疗药物。这一方案或对癌症治疗方案产生重大影响。

毛状纤维素纳米晶是一种从植物细胞壁的主要成分发展而来的纳米颗粒，经过改造，其两端都有大量的聚合物链“毛发”。这些毛发大大提高了纳米晶体的潜在药物捕获能力，显著超过了传统的纳米粒子和其他材料。

为了生产能够捕获化疗药物的毛状纤维素纳米晶体，研究人员对针叶木浆中的纤维素纤维进行了化学处理，并在毛发上赋予负电荷，使它们在血液中发现的带电分子面前保持稳定。而传统纳米粒子暴露在血液中时，其电荷可能会变得惰性或减少，从而限制了它可以结合到的正电荷药物分子的数量。

科学家们已尝试了许多方法从血液中去除不必要的化疗药物，特别是广泛使用的药物阿霉素（DOX），但效果有待提升。研究人员此次在人血清中测试了纳米晶体的结合功效后发现，每克毛状纤维素纳米晶体可从血清中有效去除超过6 000mg的DOX。与现有的其他方法相比，这意味着DOX捕获量增加了两到三个数量级。

此外，DOX的捕获是在加入纳米晶体后立即发生的，并且纳米晶体对全血中的红细胞和人脐细胞的生长没有毒性或有害影响。除了从体内去除多余的化疗药物外，毛状纤维素纳米晶体还可从体内去除其他物质，如毒素和成瘾药物。实验还证明了纳米晶体在其他分离应用中的有效性，例如从电子废物中回收有价值的元素。（科技日报）

科学家开发一种新型生物可降解纳米纤维支架

据报道，近日，美国康涅狄格大学研究人员在开发了一种生物可降解压电聚乳酸（pPLLA）纳米纤维支架在施加外力或关节载荷下可以作为一个无电池电刺激器促进软骨形成和软骨再生。

骨关节炎是一种常见的疾病，以美国为例，其成人患者数量就超过了3 250万人，目前的治疗方法包括止痛药和消炎药，但只能缓解症状，无法将其治愈。研究表明，PLLA支架在受力或关节载荷作用下产生可控的压电电荷，促进细胞外蛋白吸附，促进细胞迁移或招募，通过钙信号通路诱导内源性转化生长因子（TGF-β），促进体外和体内软骨形成和软骨再生。动物实验进一步证实，对严重软骨缺损兔进行PLLA支架和运动康复治疗后，可见透明软骨再生，软骨完全愈合并且富含软骨细胞和II型胶原蛋白，而未采用PLLA支架仅进行运动康复治疗组则缺损未得到填补，愈合有限。

因此，该研究揭示了采用生物可降解压电组织支架与受控机械激活（通过体育锻炼）相结合的方法治疗骨关节炎的可行性，并且该方法也可能适用于其他损伤组织的再生。（科技部生物中心）

科学家找到碳纳米管手性和导电性调控新途径

据报道，从中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉，该中心先进炭材料研究部刘畅研究员等人与日本国立材料科学研究所、澳大利亚昆士兰科技大学、俄罗斯国立科技大学等单位合作，在碳纳米管手性改造与分子结晶体管研究中取得最新进展，为碳纳米管的手性及导电属性调控提供了新途径，显示了碳纳米管分子节晶体管的优异性能。相关结果在线发表于《科学》上。

半导体性碳纳米管具有大长径比、无悬键表面、高载流子迁移率、室温弹道输运等独特结构特征和优异电学性质，因而被认为是10nm以下高性能、低功耗晶体管沟道材料的有力候选。碳纳米管的导电属性取决于其螺旋（手性）结构，通常制备出的碳纳米管为金属性和半导体性碳纳米管的混合物。虽然近年来碳纳米管的结构控制生长与手性分离研究取得了较大进展，但单根碳纳米管的手性及导电属性调控仍是本领域研究的关键和难点。

研究人员利用原位透射电子显微镜对单根碳纳米管进行原位加工、表征与测量，通过精确控制透射电镜样品杆上的压电纳米探针对碳纳米管加热并施加拉伸应力，诱导其局部塑性变形与手性演变。利用球差校正电镜图像和纳米束电子衍射图谱对变形前后碳纳米管的手性进行分析，在近30次连续手性转变过程中发现碳纳米管的手性角具有向高角度转变的明显趋势。对以碳纳米管为沟道的晶体管的电学输运特性进行原位测试，结果表明该方法可实现碳纳米管金属性向半导体性的可控转变。研究人员利用此方法制备出沟道长度仅为2.8nm的金属—半导体—金属构型碳纳米管分子结晶体管，并观察到其室温量子相干输运性质和法布里—珀罗干涉效应。（科技日报）

纳米载体配方实现更可控免疫抑制为Ⅰ型糖尿病患者带来新希望

据《自然·纳米技术》报道，美国西北大学研究人员使用纳米载体重新设计了免疫抑制剂雷帕霉素，利用其产生了一种新的免疫抑制形式，能够保护移植物免受排斥反应，且不会抑制更广泛的免疫反应。该方法或对未来糖尿病治疗产生重大影响，亦可应用于其他组织和器官的移植。

胰岛移植已经成为治疗Ⅰ型糖尿病的一种潜在疗法，它可使患者摆脱对胰岛素的依赖。但这一疗法并非一劳永逸，因为免疫系统会逐渐排斥新胰岛，导致治疗效果下降。目前的免疫抑制药物对移植物的保护不足，且会带来不良副作用。

此次，研究团队将纳米载体和药物混合物配制成有更具体效果的配方。这种纳米颗粒不直接调节T细胞，而是被设计成可靶向和修饰抗原呈递细胞（APC），从而实现更有针对性的、可控的免疫抑制。

研究团队通过标准的雷帕霉素口服方案及其纳米载体配方对患有糖尿病的小鼠进行了胰岛移植和雷帕霉素联合治疗。观察发现，药物在小鼠身上副作用很小，糖尿病在100天的试验中被根除。研究团队还证明，与接受标准药物治疗的小鼠相比，接受纳米药物治疗的小鼠具有“强大的免疫反应”。研究人员表示，改变靶向细胞类型，实际上改变了雷帕霉素实现免疫抑制的方式。（科技日报）

新方法助力制备高光电性能钙钛矿纳米晶

据报道，近日，中科院大连化学物理研究所研究员韩克利团队在制备高质量金属卤化物钙钛矿纳米晶方面取得新进展。该团队利用锗卤化物作为理想的前驱体，设计了一种更有效、毒性更小的制备高光电性能金属卤化物钙钛矿纳米晶体的新方法，该方法可明显改善纳米晶的光电质量。相关研究成果发表在《纳米快报》上。

铅基和非铅钙钛矿纳米晶的三前驱体合成面临着非常相似的挑战，卤化物前驱体的选择主要局限于有毒并且高度易燃的有机卤化物，大大限制了其大规模应用。此外，这些有机卤化物制备的大多数纳米晶由于卤素缺陷，导致其光致发光性能较差。很多无机金属卤化物又会将金属阳离子引入钙钛矿晶格，从而不可避免地改变目标材料的晶体结构。因此，寻找合适的化物前驱体是解决上述问题的关键。

研究中，该团队提出将全无机锗盐作为稳定且低危险性的卤化物前驱体。不同于大多数其他无机卤化物前驱体，由于锗卤化物中卤素离子的释放过程易于调控，有助于增加所得钙钛矿纳米晶的卤化物组成，从而减少或消除与卤化物空位相关的陷阱态，因此，GeX4化合物不会将锗元素传递到最终产物中，使得纳米晶的发光强度、荧光寿命、光致发光量子产率和相稳定性都得到了明显改善。理论计算表明，锗卤化物在介电环境和热力学中都提供了有利的条件，有助于形成尺寸受限的缺陷抑制纳米粒子。该研究为制备高质量的钙钛矿纳米材料，以及调整其光电特性提供了一条可行性道路。（中国科学报）

中科院化学所研发高弹性水凝胶材料

据报道，近日，中国科学院化学研究所的研究人员从高分子/纳米颗粒相互作用调控角度出发，将高度枝化的二氧化硅纳米颗粒引入到适度化学交联的聚合物胶网络，发展了一类高含水量的纯弹性纳米复合水凝胶材料。

聚合物水凝胶，作为一类通过化学交联或物理相互作用形成的高分子三维网络，因具有类似于生物组织的高含水量而表现出优异的生物相容性，在组织工程、药物释放、生物传感等领域展现出应用潜力。然而，传统水凝胶的力学性能较差，其实际应用受限。在含水量达96%的条件下，该类纳米复合水凝胶表现出高达11.5倍的断裂伸长率。由于彻底消除了凝胶网络中的能量耗散途径，此类纳米复合水凝胶在循环载荷作用下几乎没有任何应力回滞，表现出类似于弹簧的纯弹性力学行为。该行为还赋予此类复合水凝胶材料优异的抗疲劳性质，水相环境下的动态载荷测试表明历经5 000次循环拉伸处理后，此类纳米复合水凝胶依然能维持其交联网络的完整性。

基于此类材料独特的纯弹性力学行为，研究还构建了离子型应变传感器，实现了对微小振动的高灵敏度检测。（中国化工报）

核壳纳米颗粒新材料可有效抑癌

据报道，安徽医科大学生物医学工程学院钱海生教授课题组制备出一种新型生物材料——核壳纳米颗粒新材料，可有效抑制肿瘤的生长。相关成果日前发表于《生物活性材料》。

光热增强光动力疗法已经被认为是一种有效、非侵入性的癌症治疗方式。因为适当水平的热效应可以增加肿瘤内的血流量，隨后将更多的氧气输送到肿瘤中，即使在严重缺氧的实体肿瘤中也能产生协同或联合治疗结果。

在前期研究中，课题组发展了一种制备金属硫化物以及硫化物包覆其它纳米结构的方法。在该方法的基础上，课题组克服晶格不匹配的问题，成功制备核壳纳米颗粒新材料。该材料展现出对肿瘤生长明显抑制的作用，在近红外光照射下显示了增强的光热转化和良好的活性氧生产能力，达到了光热/光动力协同治疗肿瘤的效果。（中国科学报）

石墨烯纳米带制备研究取得进展

据报道，在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所有机固体实验室研究员于贵课题组在石墨烯二维材料的制备策略、性能及其应用方面开展了系列研究。前期工作中，科研人员对具有扭转角的双层石墨烯的制备策略及其独特性能进行了系统总结；进一步综述了扭角多层石墨烯及其异质结的制备方法，并回顾了多种类型的异质结自上而下的制备策略；此外，科研人员总结了不同类型的衬底用以制备高质量石墨烯及其在电子学方面的应用。由于本征石墨烯的零带隙限制了其在光电器件中的应用，因此科研人员分析总结了石墨烯纳米带自下而上的生长策略，通过调控石墨烯纳米带的宽度、边缘结构等可以实现带隙调节。

快速、大面积、低成本制备高质量石墨烯纳米带的方法仍有待发展。最近，课题组和清华大学教授徐志平团队合作通过调控化学气相沉积过程中的生长参数，直接在液态金属表面原位生长出大面积、高质量的石墨烯纳米带阵列。研究表明，将氢气的流速控制在相对微量的状态，同时以液态金属作为催化基底，可以引入一种新型的梳状刻蚀行为，从而调控石墨烯的生长。实验发现，利用梳状刻蚀控制石墨烯的生长可以将传统的薄膜生长转化为准一维的线性生长，从而直接制备高质量、大面积的石墨烯纳米带阵列。通过优化生长条件，可以将石墨烯纳米带的宽度缩小至8nm，并且长度大于3μm。该工作为大面积、快速制备石墨烯纳米带的研究奠定了基础。（中国科学院化学研究所）