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12期封面,带你回顾Nature Materials的2017

2017已经过去,今天我们就用12期封面,来简单回顾一下“Nature Materials 的2017”。


一月



过去的十年中,用于生产太阳能燃料(solar fuel,即直接或间接利用太阳能制备的合成燃料)的硅基光电极受到广泛关注。但是硅易遭腐蚀,这为硅基光电极的实际应用提出了严峻的挑战。美国德州大学奥斯汀分校的Li Ji等研究者利用局部介质击穿(dielectric breakdown),提出了一个改善金属-氧化物-半导体光电极性能的通用方法,可兼顾稳定性和效率。而且金属氧化物层还可起到薄膜增透涂层的作用,增加光吸收效率。


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Localized dielectric breakdown and antireflection coating in metal–oxide–semiconductor photoelectrodes

Nat. Mater., 2017, 16, 127-131, DOI: 10.1038/nmat4801


二月



从过渡金属二硫属化物(TMDCs)到Xenes,以及它们与其他2D或非2D材料在范德华异质结构中的组合,这些层状材料在近期的研究中展现出了引人瞩目的基本性质,并拓宽了2D材料家族的应用范围。美国西北大学的Mark C. Hersam等人综述了新兴的混合维度(2D + nD,其中n为0、1或3)范德华异质结构器件的现状,以及面临的挑战和机遇。美国明尼苏达大学的Tony Low等人则回顾了与层状2D材料极化激元有关的新进展,并梳理了大量二维材料中的极化模式,及其光学光谱性质、品质因数和应用空间。


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Mixed-dimensional van der Waals heterostructures

Nat. Mater., 2017, 16, 170-181, DOI: 10.1038/nmat4703


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Polaritons in layered two-dimensional materials

Nat. Mater., 2017, 16, 182-194, DOI: 10.1038/nmat4792


三月



制备金属有机框架(MOF)的取向结晶膜是MOF应用于诸如光学、微电子学、微流体学和传感等领域的关键步骤。然而,直接合成具有受控晶体取向的MOF膜仍是一个重大挑战。奥地利格拉茨技术大学的Paolo Falcaro和日本大阪府立大学的Masahide Takahashi等研究者,使用结晶氢氧化铜作为衬底,采用异质外延生长(heteroepitaxial growth)方法在温和条件下一步快速制备厘米级的取向多晶MOF膜。


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Centimetre-scale micropore alignment in oriented polycrystalline metal–organic framework films via heteroepitaxial growth

Nat. Mater., 2017, 16, 342-348, DOI: 10.1038/nmat4815


四月



在由磁性纳米片的胶体分散体形成的流体手性铁磁体中,美国科罗拉多大学波尔得分校的Ivan I. Smalyukh等研究者在实验中实现了静态三维拓扑孤子(3D topological solitons),并对它们进行了数值模拟。


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Static three-dimensional topological solitons in fluid chiral ferromagnets and colloids

Nat. Mater., 2017, 16, 426-432, DOI: 10.1038/nmat4826


五月



磷光体转换白光发光二极管是用于照明、高科技显示器和电子设备的高效光源,目前所面临的最大问题之一是磷光体的热淬灭。韩国全南国立大学Won Bin Im等人报道了一种具有发光补偿机制的发蓝光磷光体,即使在200 ℃下也没有发生热淬灭。


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A zero-thermal-quenching phosphor

Nat. Mater., 2017, 16, 543-550, DOI: 10.1038/nmat4843


六月



宿主识别和免疫介导的对生物材料的异物反应,会损害植入的医疗装置的性能。美国麻省理工学院Daniel G. Anderson等研究者通过研究啮齿动物和非人类灵长类动物对不同类型的生物材料植入物的免疫应答,发现集落刺激因子-1受体(colony stimulating factor-1 receptor,CSF1R)是异物反应的重要介质,也是纤维化抑制的可能靶标。


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Colony stimulating factor-1 receptor is a central component of the foreign body response to biomaterial implants in rodents and non-human primates

Nat. Mater., 2017, 16, 671-680, DOI: 10.1038/nmat4866


七月



两步成核途径在多种材料中都已有报道,其中无序无定形或高密度的液态先于结晶相出现,不过对这些途径的动力学却知之甚少。美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的Chun-Long Chen和James J. De Yoreo等人使用原子力显微镜直接观察序列确定的仿生聚合物的结晶过程,发现结晶机制由分子结构决定。在一个可直接形成结晶颗粒的序列中加入疏水片段,晶体形成过程就转变成了两步途径。


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Tuning crystallization pathways through sequence engineering of biomimetic polymers

Nat. Mater., 2017, 16, 767-774, DOI: 10.1038/nmat4891


八月



模仿生物系统复杂而有效的行为,是科学家们追求已久的目标。英国布里斯托大学Stephen Mann等人收到细胞吞噬作用(phagocytosis)的启发,在合成原细胞中实现了自驱动的磁性Pickering乳液(MPE)液滴选择性地摄入稍小的氧化硅胶体体(colloidosome)。这种人工吞噬作用可以选择性递送和释放胶体体中的水溶性“货物”,还有可能与MPE液滴内的酶活性相偶联。


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Phagocytosis-inspired behaviour in synthetic protocell communities of compartmentalized colloidal objects

Nat. Mater., 2017, 16, 857-863, DOI: 10.1038/nmat4916


九月



英国圣安德鲁斯大学的Malte C. Gather和德国海德堡大学的Jana Zaumseil等人使用微腔集成发光场效应晶体管中的半导体单壁碳纳米管(SWCNTs),实现了室温下激子-极化激元(exciton-polaritons)的高电流密度电泵浦和近红外调谐。


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Electrical pumping and tuning of exciton-polaritons in carbon nanotube microcavities

Nat. Mater., 2017, 16, 911-917, DOI: 10.1038/nmat4940


十月



心脏修复通常需要使用创伤较大的手术来植入修复材料。加拿大多伦多大学Milica Radisic等人报道了一种可注射的形状记忆心脏修复材料,在大鼠心肌梗塞模型中有与常规手术相似的效果。在大型动物模型(猪)中,这种基于可生物降解高分子的修复材料的微创植入也得到了验证。


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Flexible shape-memory scaffold for minimally invasive delivery of functional tissues

Nat. Mater., 2017, 16, 1038-1046, DOI: 10.1038/nmat4956


十一月



当前MOF的研究几乎都集中在晶体结构上。英国剑桥大学的Thomas D. Bennett和法国巴黎文理研究大学的François-Xavier Coudert等人用中子和X射线散射研究了熔点之上的沸石咪唑酯骨架材料的结构和孔隙率,发现在形成MOF液体时,MOF的化学构型、配位键和孔隙都还仍然存在。


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Liquid metal–organic frameworks

Nat. Mater., 2017, 16, 1149-1154, DOI: 10.1038/nmat4998


十二月



力学生物学最近的一些发展揭示了材料生物物理因素如何调节细胞的粘附、干性、基质沉积以及如何利用它们来理解疾病的进展。瑞士苏黎世联邦理工学院的Daniel J. Müller等人发现在细胞粘附开始阶段,成纤维细胞通过加强整合素介导的纤维连接蛋白粘附来响应力学负载。清华大学医学院的杜亚楠(Yanan Du)等人报道了肝窦毛细血管过程中通过胶原纤维传递的机械力学刺激信号在促进肝脏纤维化发展中的作用和机制,并且提出了抗肝脏纤维化的精准干预策略。美国斯坦福大学的Ovijit Chaudhuri等人使用应力随着时间的推移而弛豫的粘弹性水凝胶,研究了弹性应力弛豫对软骨细胞软骨基质形成的影响。同是斯坦福大学的Sarah C. Heilshorn等人则发现,在没有细胞骨架张力产生的情况下,基质重塑是一个新发现的在3D水凝胶中保持神经祖细胞干性的策略。


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Fibronectin-bound α5β1 integrins sense load and signal to reinforce adhesion in less than a second

Nat. Mater., 2017, 16, 1262-1270, DOI: 10.1038/nmat5023


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Mechanotransduction-modulated fibrotic microniches reveal the contribution of angiogenesis in liver fibrosis

Nat. Mater., 2017, 16, 1252-1261, DOI: 10.1038/nmat5024


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Mechanical confinement regulates cartilage matrix formation by chondrocytes

Nat. Mater., 2017, 16, 1243-1251, DOI: 10.1038/nmat4993


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Maintenance of neural progenitor cell stemness in 3D hydrogels requires matrix remodelling

Nat. Mater., 2017, 16, 1233-1242, DOI: 10.1038/nmat5020


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