X-MOL盘点:6月前沿科研成果精选

X-MOL团队从上月报道过的Nature、Science、Nature Chemistry 和JACS 等杂志的研究论文中,精选部分有意思的科研成果,以馈读者。图片来源:GettyImages(一)熔融盐里加点盐,分分钟搞定二维材料大规模制备Nat. Commun., DOI: 10.1038/ncomms15630原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Rapid mass production of two-dimensional metal oxides and hydroxides via the molten salts method华中科技大学的周军教授课题组报道了一种通过熔融盐法快速合成各种离子插层型二维金属氧化物和氢氧化物的方法。研究人员认为,在普通溶液中进行二维材料的合成,首先发生的是水合离子的去溶剂化过程,这一过程会增加活化能,限制反应速率,同时未完全去溶剂化离子的存在也可能导致晶体变形,降低材料品质。因此,他们想到了熔融盐系统,在熔融态下离子以“裸”离子形式存在。他们将反应前驱物加入低成本的熔融盐中1分钟,然后通过简单的水洗,就能以高产率得到二维材料。研究人员探究了不同的阳离子插层氧化锰和氧化钨二维材料的制备,如Na0.55Mn2O4•1.5H2O、K0.27MnO2•0.54H2O、Li2WO4和Na2W4O13,以及阴离子插层氢氧化物,如Zn5(OH)8(NO3)2•2H2O和Cu2(OH)3NO3。通过熔融盐法制备二维材料反应时间仅以分钟计,不但可以应用于制备不同种类的插层型二维材料,而且产率很高,其中Na2W4O13的产率可以达到62%。同时,无需离心后处理,只需水洗,就可以得到目标产物,操作简单迅速,有望实现商业化。合成的二维金属氧化物和氢氧化物具有较大的尺寸和良好的电化学性能,在超级电容器等储能领域有着广泛的应用潜力。(二)天然产物集群式合成新突破Chem, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.04.007原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):A Radical Cascade Enabling Collective Syntheses of Natural Products近60%的小分子化学药物来源于天然产物及其类似物。结构复杂多样的天然产物作为创新药物的重要来源,在新药发现中起到了重要的作用。如何在合成方法学实现进一步突破,快速有效地进行大量天然产物的集群式合成仍然极具挑战性。近日,四川大学华西药学院的秦勇教授团队利用光催化的自由基串联反应,快速制备了多种吲哚生物碱骨架,并进而实现了33个具有重要生理活性的单萜吲哚生物碱的集群式合成。该自由基串联反应操作简便,对水不敏感,可用于规模化合成。该工作的主要创新性在于:1) 发明了一种无需对氮原子进行衍生化而直接从N-H键官能团化生成氮自由基的方法;2) 巧妙利用氮自由基的缺电子特性,反转了两个原本带负电性的苯胺氮原子和烯胺β碳原子间的反应性,发展了新的手性吲哚啉的合成方法;3) 通过对反应的底物和反应试剂进行合理设计,解决了通常情况下难以控制自由基串联反应中的化学选择性和立体选择性的问题。(三)高对映选择性硫叶立德[2,3]-sigma重排Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.2789原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Catalytic asymmetric trifluoromethylthiolation via enantioselective [2,3]-sigmatropic rearrangement of sulfonium ylides向分子中引入含氟基团可以大大改变有机小分子的物理、化学性质和生理活性,特别是可以提高小分子的脂溶性,因而在药物化学中有非常广泛的应用。近日,北京大学化学与分子工程学院的王剑波教授课题组首次分别利用手性二价铑和一价铜催化的高对映选择性的硫叶立德[2,3]-sigma重排反应(Doyle-Kirmse反应),实现了不对称三氟甲硫基化过程,同时完成了手性叔碳的构建。该反应条件温和,具有优秀的产率和对映选择性(高达98%的产率和99%的ee 值),官能团兼容性好,提供了全新的构建含三氟甲硫基叔碳中心的构建方法,对于三氟甲硫基的手性引入具有重要意义。(四)Chem封面:模板导向生长MOF及其衍生物用作高效电解水的电极材料Chem, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.04.016原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Template-Directed Growth of Well-Aligned MOF Arrays and Derived Self-Supporting Electrodes for Water Splitting中国科学技术大学的江海龙教授课题组与俞书宏教授课题组合作发展了一种相对普适的策略。他们通过模板导向生长出各种排列整齐的金属有机框架(MOF)阵列材料,即在多种导电基底(如泡沫状镍、铜网、铁网等)上选择性地生长不同结构的金属氧化物或者氢氧化物(如CoO、NiO、Cu(OH)2等)阵列,以此作为MOF的金属源和导向模板指引生长出期望的MOFs及其阵列结构。这一策略优势不仅体现在可以理性地改变阵列结构的导电基底、MOFs类型以及阵列形貌,而且可以实现MOFs仅在相应模板上异相成核生长,进而得到高质量且排列整齐的阵列。这项研究不仅提供了一种普适的策略组装各种MOF纳米晶得到自支撑的阵列材料,同时为MOFs材料在电催化应用领域的优化设计开辟了新的思路。(五)醌类有机材料大幅提高水系电池寿命Nature Mater., DOI: 10.1038/nmat4919原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Universal quinone electrodes for long cycle life aqueous rechargeable batteries在以电动汽车和电网储能为代表的大规模储能领域,安全和廉价的水系电池具有极大的优势,但有限的寿命却限制了它的广泛应用。美国休斯顿大学的姚彦教授课题组和美国西北大学以及加州大学圣地亚哥分校合作针对水系电池负极面临的种种问题,提出了以有机醌类化合物作为适用于各种类水系电池的通用负极材料。醌类是具有1,2-苯醌或1,4-苯醌结构的有机化合物,在充放电过程中能发生化学和结构上高度可逆的离子配位反应。由于醌类的电位可调节、化学稳定性好、反应速率快、对离子选择广泛,它们能在任意酸碱度、多种载流离子、大温度范围、各种气氛下稳定工作,并与任何成熟的正极材料搭配,组成稳定的醌基水系电池。与使用现有负极的水系电池相比,醌基电池的能量和功率指标都毫不逊色,甚至在成本、低温性能、过充性能等方面更胜一筹,堪称水系电池发展的一大突破。(六)化学家谱曲,碳硫磷起舞:Science报道C-S键及C-P键复分解反应新突破Science, DOI: 10.1126/science.aam9041原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Palladium-catalyzed carbon-sulfur or carbon-phosphorus bond metathesis by reversible arylation芳基硫醚在医药研发中具有特殊的生理活性,还是许多有机聚合材料的重要结构单元。而基于磷原子的电子特性,芳基膦化合物在有机反应中可作为良好的配体或催化剂,用于实验室合成及大规模工业生产的催化反应中。与此同时,得益于芳基膦分子独特的光电性质,发展芳基膦有机光电功能材料用于设计传感器及发光二极管常常带来其他材料无可比拟的优势。德国马克斯·普朗克煤炭研究所的Bill Morandi教授及其团队在C-X键(X = S, P)的复分解反应中取得突破,底物硫醚或芳基膦可以在钯催化剂的作用下通过可逆的芳基化过程分别发生C-S键及C-P键的交叉复分解。该反应不仅丰富了构建C-S键和C-P键的合成方法学,更克服了以往制备芳基硫醚以及芳基膦化合物时存在的诸多限制。这一复分解过程可以实现相关分子的快速合成及多样化,从实验室制备规模到工业化生产均可以使效率得到显著提升。(七)双功能催化剂,直接变CO2为液体燃料Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.2794原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Direct conversion of CO2 into liquid fuels with high selectivity over a bifunctional catalyst最近,中国科学院上海高等研究院的孙予罕研究员(也是上海科技大学的特聘教授)、钟良枢研究员团队报道了一项利用氧化物-分子筛双功能催化剂实现CO2加氢制取汽油馏分烃的工作。在这项工作中,作者所使用的是10 nm左右的高比表面In2O3作为氧化物,介孔HZSM-5作为分子筛。在340 ℃、3 MPa的反应条件下,最高可以获得13.1%的CO2转化率,同时CO的选择性为40%-50%。在碳氢化合物产物中,C5+产物达到78.6%,同时仅有1%的甲烷。此外,作者已完成了催化剂制备放大并得到高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂,并且进行了工业条件下的测试。文章的最后,作者还发现通过选择其他分子筛可以控制产物中烯烃/烷烃的分布。比如采用SAPO-34分子筛,可以得到较高比例的C2-C4的烯烃;而如果使用Beta分子筛,则产物中会出现较多的低碳烷烃,可以作为液化气燃料。(八)北大马丁等科学家在低温工业产氢过程的新突破Science, DOI: 10.1126/science.aah4321原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Atomic-layered Au clusters on α-MoC as catalystsfor the low-temperature water-gas shift reaction水煤气变换反应(CO + H2O = CO2 + H2)可以从水中取氢,是化石能源和生物质制氢以及氢气纯化过程的重要反应,其与水蒸汽重整反应的组合是目前廉价制氢的主要工业技术。最近,北京大学马丁课题组与大连理工大学石川、美国布鲁克海文国家实验室Jose A. Rodriguez、中国科学院大学周武、山西煤化所/中科合成油温晓东等课题组合作,基于对水煤气变换反应机理的认识,以具有高效水解离活性的立方相α-碳化钼(α-MoC)为载体,利用金(Au)与载体的强相互作用设计了一种具有优异结构稳定性的层状金团簇-碳化钼负载型催化剂,在低温水煤气变换反应中取得突破性进展。对催化剂结构表征表明,Au以两种形式分布于α-MoC载体表面:1.5 nm左右的层状Au团簇(2-4层)和原子级分散的Au,数据表明层状Au团簇与低温水煤气变换反应活性直接相关。这种Au/α-MoC催化剂表现出了前所未有的超低温水煤气变换反应性能,据估计仅需约200 g催化剂即可满足车载氢燃料电池组的H2净化需求,极具应用潜力。同样,该催化剂也很有希望应用于低温工业产氢过程。此外,这项工作对催化剂催化机理的研究为低温水煤气变换反应催化剂的设计提供了新的思路。(九)可高效纯化丁二烯的MOFScience, DOI: 10.1126/science.aam7232原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene1,3-丁二烯是C4石油馏分中重要的组分,由于石油混合气中几种组分具有十分相近的物理性质,目前仅能通过严格控制的萃取精馏技术进行分离,使用高塔板数的精馏塔与大量有机溶剂,同时也带来巨大的能量消耗。另一方面,1,3-丁二烯在升温时可能发生聚合,这一不利的过程在生产该化合物时同样需要有效避免。最近,中山大学张杰鹏教授及其团队发展了一种利用金属-有机框架结构(MOF)特殊吸附选择性分离纯化1,3-丁二烯的方法,以具有准离散空腔的结构诱导柔性客体分子发生构象变化,通过1,3-丁二烯客体分子损耗较大的弯曲能削弱MOF对其吸附。他们用一系列MOF材料验证了这个概念,并发现亲水性[Zn2(btm)2](MAF-23,其中H2btm为双(5-甲基-1H-1,2,4-三氮唑-3-基)-甲烷)作为主体吸附材料时,可以实现室温及常压下对1,3-丁二烯的最弱吸附和高效纯化。在这项研究中,控制主体结构与客体分子柔性对最终的纯化效果起到了关键作用。主体框架中具有合适尺寸、形状和表面吸附能力的独立空腔对调控客体分子的构象并实现异乎寻常的吸附选择性具有决定性影响,而连续的孔径通道也成为保证客体分子有效扩散的必要条件。这种吸附分离概念对今后发展其他客体分子的吸附与分离将具有重要的指导意义。(十)载药免疫细胞,打击脑部肿瘤Nature Nanotech., DOI: 10.1038/nnano.2017.54原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Neutrophil-mediated anticancer drug delivery for suppression of postoperative malignant glioma recurrence胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)是最常见的颅内原发性恶性肿瘤,也是最为致命的癌症之一。目前最常用的治疗方法为手术、放疗及化疗。由于胶质母细胞瘤常呈侵袭性生长,手术不易去除脑实质中深层浸润的肿瘤细胞,所以这种癌症的复发率很高,患者生存率较低。另外,由于很多药物无法穿透血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)及血-脑-肿瘤屏障(blood-brain-tumour barrier,BBTB)进入脑部肿瘤内部,利用药物进行脑部肿瘤治疗面临很大困难。近期,中国药科大学的张灿教授团队,利用嗜中性粒细胞(neutrophil,NE)作为药物载体,运载脂质体包裹的化疗药物紫杉醇(paclitaxel,PTX),在小鼠中成功地抑制了手术后胶质母细胞瘤的复发。嗜中性粒细胞是人类血液中最丰富的白细胞群体,它能准确地迁移至急性损伤组织和炎症部位。研究人员巧妙地利用嗜中性粒细胞这种对炎症的趋向性以及可穿越血脑屏障的特点,与肿瘤术后切除部位释放炎症因子相结合,实现药物高效的自主引导靶向递送。这种全新的靶向给药策略跳出了传统的通过特定受体-配体结合进行药物靶向的限制,为癌症治疗特别是脑部肿瘤治疗指出了新方向。

来源: X-MOL 2017-07-08

快来围观,2017年“美国总统绿色化学挑战奖”出炉!

过去20年中,“绿色化学”的理念成了众多化学家和化学工程专家孜孜以求的目标。绿色化学的12条“军规”更是成为衡量一项成果是否够“绿色”的准则。这12条准则包括:预防污染、原子经济性、毒害更小的合成路线、低毒性的化学品、更安全的溶剂和辅料、高能源效率、易得的原料、减少副产物、高效催化剂、可降解、实时的污染检测、更安全的化学过程。依照这些准则,美国环保署(EPA)每年评选出若干位卓越的化学家或研究团体,授予“美国总统绿色化学挑战奖”(Presidential Green Chemistry Challenge Awards)。6月9日,2017年度的绿色化学挑战奖如期公布,今年有四个团体和一位学者获此殊荣。来跟小氘一起膜拜一下这些优秀的绿色化学成果和研究者吧。绿色合成路线奖:默沙东公司(Merck & Co., Inc.)默沙东的Letermovir是很有希望的抗病毒药物,目前正处于三期临床试验中。而Letermovir的生产过程被称为是研究医药工业可持续生产的绝佳案例。在生产初期,默沙东便计划寻找高效的合成路线。该研究团队用高通量的方法筛选出低价、稳定、易再生的催化剂。该催化剂提高了产率,减少了93%的原料成本、90%的用水和89%的碳足迹,在环保和经济两方面都有耀眼表现。Letermovir的高效合成路线。图片来源:Org. Process Res. Dev., 2016, 20, 1097-1103绿色反应条件奖:安进(Amgen)& 巴赫姆(Bachem)安进和巴赫姆联手改进了多肽固相合成技术,使Etelcalcetide(慢性肾病患者甲状旁腺亢进的治疗药物)的生产过程更绿色。改进后的多肽合成技术将反应步骤从5步减少为4步,生产效率提高了5倍,且消耗的化学溶剂量减少了29%,生产时间减少44%,生产成本减少24%。Etelcalcetide的结构式。图片来源:C&EN绿色化学品设计奖:陶氏化学(Dow)& 科勒(Koehler)陶氏化学和科勒公司共同发明了创新型的热敏纸,为可持续成像技术做出了卓越贡献。传统底片中需要使用双酚A(bisphenol A,BPA),尽管对于BPA及其类似物的环境风险还没有定论,但一些已有的证据足够让人担忧了。但陶氏和科勒的新发明可不仅仅是环保,他们还改进了传统底片的一些其他缺点,例如暴露在阳光下或接近热源会破坏图像。新型热敏纸有三层,最上面一层是不透明的浅色层。热敏纸在打印机内受热,组成浅色层的颗粒会溃散,该层变得透明,使下面的黑色层暴露。而且这款热敏纸兼容已有设备,这样消费者就无须更换设备了。陶氏化学研发主管Brian Einsla用他们发明的无BPA热敏纸打印出陶氏和科勒的标志。图片来源:Dow Chemical小企业奖:UniEnergy技术公司UniEnergy技术公司和太平洋西北国家实验室(the Pacific Northwest National Laboratory)合作开发并商业化一款先进的钒液流电池(Vanadium Redox Flow Battery),使储存电能更便捷更高效。这种钒液流电池的能量密度是现有液流电池的两倍,工作温度范围更广,因此能够在地球上的每个角落稳定持续工作。值得一提的是,它的电解质是氯化物,比传统电池中的硫酸盐更稳定;其溶剂是水,因而使用过程中不易降解,电池本身不易燃,而且可以循环使用。钒液流电池原理图。图片来源于网络学术奖:宾夕法尼亚大学Eric J. Schelter教授Eric J. Schelter教授的突出成果是利用特定配体简易而高效地从消费品中回收贵金属元素(镧、镥、钪、钇等元素)。这些元素是现代科技,尤其是电子技术不可缺少的重要物质,但由于丰度较低难以分离,相关采掘、精炼和提纯是典型的高能耗高污染行业。另一方面,这些稀有金属的回收率非常低,只有1%。Eric J. Schelter教授。图片来源:University of PennsylvaniaSchelter教授的团队发展了一类有机配体,能够轻松从混合物中分离出这些金属元素(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8222-8225)。目前,美国能源部正大力支持该技术朝向工业级回收的目标发展。左边的三角型配体可以特异性螯合钕,将其和镝分开。图片来源:C&EN祝贺获奖者们,也祝愿绿色化学的理念日益深入人心,让更多绿色化学的成果造福于人类!最后多一句嘴,据说现任美国总统特朗普先生在2018总统财年预算中并不打算掏钱支持这个有二十多年历史的项目,尽管预算最后还要经过国会讨论,但这让绿色化学挑战奖的未来充满了变数。还有一个小细节,在EPA网站上,尽管项目还叫“Presidential Green Chemistry Challenge”[1],但在今年宣布获奖名单的通讯稿里,用的却是“2017 Green Chemistry Challenge Awards”[2],通篇找不到与“President”有关的词。这算不算是一种春秋笔法的“微言大义”呢?部分内容编译自:http://cen.acs.org/articles/95/web/2017/06/2017-Green-Chemistry-Challenge-Awards-announced.html参考资料:1. https://www.epa.gov/greenchemistry/information-about-presidential-green-chemistry-challenge 2. https://www.epa.gov/newsreleases/epa-honors-winners-2017-green-chemistry-challenge-awards (本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2017-06-23

中国内地6所高校跻身世界大学声誉排行榜百强

英国《泰晤士报高等教育》14日公布2017年世界大学声誉排行榜,中国内地共有6所高校跻身百强。此外中国香港和台湾分别有3所大学和1所大学入选百强。这6所内地高校是清华大学、北京大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学和南京大学。其中,清华大学和北京大学分居榜单的第14位和第17位,均比去年的排名上升了4位。这两所大学在亚太地区分列第二位和第三位,仅次于在榜单上排名第11位的日本东京大学。浙江大学表现不俗,从去年的81至90名组别升入51至60组别。复旦大学和上海交通大学位于71至80组别。南京大学今年首次进入前100名,位居91至100组别。进入百强的中国香港高校包括排在第39位的香港大学和位居71至80组别的香港中文大学和香港科技大学;台湾地区进入百强的高校是台湾大学,位于51至60组别。排行榜编辑菲尔·贝蒂说,中国内地高校在排行榜中的名次持续上升,是今年世界大学声誉排行榜的显著特征。这一结果表明中国政府长期以来对高等教育的持续投资已经获得回报。世界大学声誉排行榜前十名被英、美高校包揽,其中美国8所、英国2所,分别是哈佛大学、麻省理工学院、斯坦福大学、剑桥大学、牛津大学、加利福尼亚大学伯克利分校、普林斯顿大学、耶鲁大学、芝加哥大学、加州理工学院。今年,美国高校仍然是排行榜上的大户,有42所进入百强。http://news.xinhuanet.com/politics/2017-06/15/c_1121148508.htm

来源: X-MOL 2017-06-16

易主之后影响因子首次发布,EES涨势惊人

不管是爱也好恨也好,期刊影响因子关系着中国每个做科研的人,学生能不能毕业拿到学位,教师能不能晋升获得基金,影响因子都是一个绕不过去的话题。去年七月,汤森路透以35.5亿美元现金出售其知识产权与科技业务,这一交易并没有影响备受关注的期刊影响因子(Impact Factor,IF)在今年的发布。2017年6月14日,科睿唯安(Clarivate Analytics,原汤森路透知识产权与科技事业部)发布了2017年《期刊引证报告》(Journal Citation Reports®,JCR),最新的期刊影响因子也随之出炉。在所有SCI期刊中影响因子排名第一的,依然是Wiley旗下的医学神刊:CA-A Cancer Journal for Clinicians,影响因子高达恐怖的187.040。前20名分列如下图。不得不说Nature系期刊的表现十分抢眼。生物学领域著名期刊Cell 位列第22位(影响因子30.410),还落后于排名第8的Nature Biotechnology(影响因子41.667)。在化学、材料学领域,前20位分别如下(加入了综合性期刊):不知大家注意到了没有,Energy & Environmental Science 的影响因子已经逼近了30,谁能想到5年前它的影响因子还在10左右徘徊呢?即使与诸多业内著名期刊例如Nature Chemistry、JACS、Angewandte Chemie 以及Nature Materials、Advanced Materials  放在一起,EES影响因子呈线性增长的势头也显得凶猛无比。有涨就有跌,最郁闷的可能要属Scientific Reports,影响因子跌破5点,只剩下4.259。对于有些要求5以上SCI文章才能毕业的院校的研究生来说,这无疑是个苦涩的坏消息。更多期刊的新版影响因子,请查看化学、材料、生物等学科期刊新影响因子大全(按期刊排序、按影响因子排序)。

来源: X-MOL 2017-06-15

X-MOL盘点:5月前沿科研成果精选

X-MOL团队从上月报道过的Nature、Science、Nature Chemistry 和JACS 等杂志的研究论文中,精选部分有意思的科研成果,以馈读者。图片来源:昵图网(一)人脐带血让“老”鼠变聪明?Nature, DOI: 10.1038/nature22067原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Human umbilical cord plasma proteins revitalize hippocampal function in aged mice美国斯坦福大学神经科学家Tony Wyss-Coray与文章的第一作者Joseph Castellano合作测试了新生儿脐带血的抗衰老功能。他们发现,将脐带血血浆输入衰老小鼠的静脉,改善了动物探索迷宫的能力,并学会避开笼子中带有电击的区域。当研究人员解剖这些小鼠的大脑时,他们发现海马体(与记忆、学习相关的区域)中的细胞表达了导致神经元在大脑中形成更多连接的基因。而输入老年人血液的小鼠没有发生这种情况。然后,研究人员将脐带血中发现的66种蛋白质与来自老年人血液中的蛋白质以及在小鼠共生实验中发现的蛋白质进行比较。他们发现了几个潜在的候选蛋白,并将它们分别注射入衰老小鼠的静脉,然后测试它们的记忆力。候选蛋白中仅有一种蛋白——金属蛋白酶组织抑制因子2(TIMP2)能够提高动物的表现。如果将脐带血中的TIMP2去除,这种血就不能对记忆产生影响了。这都说明TIMP2在改善衰老小鼠记忆力中起到了关键作用。研究者下一步将着重探究TIMP2是如何影响大脑的。此外,Wyss-Coray也很想知道这种蛋白是否特异性地影响衰老细胞。(二)Nature封面:石墨烯“复印机”,半导体膜制备新玩法Nature,DOI: 10.1038/nature22053原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transferNature 杂志以封面文章的形式,报道了美国麻省理工学院(MIT)Jeehwan Kim教授等人发明的一种全新技术,有希望大幅降低高质量半导体薄膜生产的成本。他们在GaAs(001)衬底上转移一层石墨烯,然后通过常规的外延法,在石墨烯层上方生长一层与衬底晶格结构完全一致的GaAs(001)层。而且,得到的外延层可以很容易地从石墨烯层上剥离并用于发光器件中,而单层石墨烯覆盖的GaAs衬底可以重复使用。这一方法,研究人员称之为“远程外延”(remote epitaxy),对InP和GaP等半导体材料同样适用。简单来说,就好像是“复印机”一样,利用单层石墨烯覆盖的衬底,反复制备单晶半导体薄膜,从而大大降低生产成本。石墨烯夹层能与下方的GaAs衬底结合,其较弱的范德华势又恰恰允许衬底和外延层间的相互作用。因此,仅使用常规的金属有机气相外延法,就能实现GaAs、InP和GaP单晶的同质外延生长,单晶取向一致,无扭转角。其次,制备所得的外延层可以很容易完整地从基底上剥离下来,使得这一制备过程可以不断地重复,单层石墨烯覆盖的衬底在其中起到了类似“母版”的作用,大大的降低了制备成本。而且,这一方法对于InP和GaP等半导体材料同样适用。(三)Science子刊封面:华东师大叶海峰课题组实现手机远程诊疗糖尿病Sci. Transl. Med.,DOI: 10.1126/scitranslmed.aal2298原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice糖尿病目前已经成为严重影响人类健康的慢性疾病,全世界的患者超过4亿人。国际著名学术期刊Science Translational Medicine以封面文章形式在线发表了来自华东师范大学叶海峰研究员课题组的最新研究成果,他们在基于智能手机远程诊疗糖尿病方面做出了重要突破,叶海峰研究员课题组巧妙地结合合成生物学与电子工程学,使用可产生降血糖激素的远红光响应的工程化细胞以及亮度、开关可控的无线供电远红光发光二极管(LED),开发了一种基于智能手机的糖尿病诊断和治疗一体化的智能诊疗新系统,并在糖尿病小鼠中进行了功能验证。通过使用智能手机应用软件(App)ECNU-TeleMed,研究人员可超远程控制远红光亮度来调控工程化细胞的激素表达量;另外,糖尿病小鼠的血糖高低信号可以被转化翻译成远红光亮度来调控激素的表达量。这一颇具想象力并整合合成生物学与电子工程学技术的糖尿病诊疗智能系统,为今后临床上糖尿病的诊疗一体化、智能化和精准化提供了新思路,有望成为未来精准医疗的新风向标。(四)无“键”不摧:Science报道低温催化甲烷C-H键活化反应Science, DOI: 10.1126/science.aam9147原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Low-temperature activation of methane on the IrO2(110) surfaceCH4的化学性质相对稳定,C-H键发生均裂与异裂均存在一定困难,在用作起始原料发生进一步转化时受到严重的限制。美国佛罗里达大学(UF)的Jason F. Weaver教授团队在前期大量工作的基础上发展了一种金红石型的Ir金属氧化物作为催化剂,CH4在这种IrO2(110)催化剂的吸附作用下与Ir金属中心形成强作用结合的σ络合物,反应温度低至150 K时便可发生C-H键断裂,进而发生其他转化。这种金红石型IrO2(110)催化剂对有效实现CH4的选择性官能团化具有十分重要的指导意义,但目前为止,使用该催化剂仅可以实现CH4向高氧化态的CO、CO2转化。人们可以借鉴这一催化模型寻找更为理想的金属催化剂,例如修饰IrO2(110)催化剂的表面对其进行合理的改性,限制其氧化能力,或结合其他材料使CH4在发生C-H键活化后与特定的共反应物作用,得到丰富多样的高附加值产物。(五)精子新用途,输送抗癌药物治疗妇科癌症!arXiv:1703.08510原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract在一篇发表在美国国家科学基金会和美国能源部资助的电子预印本文献库arXiv上的研究中,一帮来自德国德累斯顿莱布尼茨固体材料研究所(IFW Dresden)和开姆尼茨工业大学的科学家正在尝试用精子输送抗癌药物杀伤癌细胞,试图用于治疗妇科癌症。作者先给精子设计了一个导航装置。他们采用双光子3D微纳米光刻技术制作了一个基于高分子材料的四臂微米卡槽,由一个中空的管状结构和4个拱形臂组成,中间有一处狭窄,最大直径为4.3 µm,而实验选用的牛精子头部直径为4.5 µm,刚好可以将精子卡在其中。同时作者还在该微结构表面负载了一层厚为10 nm的铁,使之可以受磁场控制实现靶向;负载了一层2 nm的钛,以增强其生物相容性。实验表明这种精子杂化复合物携载药物后可在72 h内杀伤接近90%的癌细胞。毫无疑问这仅仅是一项初期概念性研究,其实用性、可操作性、安全性、伦理问题、治疗效果等问题还有待进一步考量。不过作者对该系统保持乐观,他们表示这种精子杂化系统很可能在未来癌症的原位诊断和治疗中应用。(六)改善石墨烯膜性能的最简单方法?Nano Lett., DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00148原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Self-Assembly: A Facile Way of Forming Ultrathin, High-Performance Graphene Oxide Membranes for Water Purification美国南加州大学(USC)Miao Yu教授课题组发表在Nano Letters上的文章,或许找到了改善石墨烯分离膜性能最简单的方法,那就是——多点耐心。研究者们使用了同批制备的相同量氧化石墨烯,利用最为常见的抽滤法来制备分离膜。他们发现,仅通过改变石墨烯沉积的速率——将速度减慢为之前的十二分之一,可显著改善石墨烯片层的堆砌结构,使得其通量与截留同时得到显著提升。而导致这一提升的主要因素是:在缓慢抽滤的过程中,石墨烯片层能够更好的组装:氧化区域与氧化区域相对,未氧化区域与未氧化区域相对。仅仅降低单层氧化石墨烯沉积的速率,就能使得到的石墨烯膜在通量、截留(选择性)上双双有所提升,打破了常规调控过程中通量与截留此消彼长的规律。可见,优化制备过程可能比优化材料结构获得更大的性能提升,材料在不同尺度下的堆砌方式对其性能影响更为显著。这种超薄高性能氧化石墨烯膜在水净化领域有着光明的应用前景。(七)芳香杂环甲基化怎么做才出彩?看李朝军团队这篇ChemChem, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.03.009原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Simple and Clean Photo-induced Methylation of Heteroarenes with MeOH传统的芳香环甲基化的方法包括邻位金属化,但需要化学计量的强碱如丁基锂等,还需要杂原子取代基作为导向基团;另外一种突破就是C-H键活化,但同样需要在导向基团的作用下发生过渡金属催化,并以当量的氧化剂及高温条件,有时还要用到敏感的甲基化试剂,这些条件增加了反应成本,与此同时还会产生大量的废弃物。2015年,MacMillan课题组报道了光氧化还原催化和有机分子催化的协同催化体系(Nature, 2015, 525, 87–90,点击阅读相关),在室温下,利用甲醇作为甲基自由基的来源,实现了六元芳香杂环的甲基化。甲醇作为甲基化试剂具有原料来源广泛、成本低且避免使用氧化剂等优点,但早期报道中大多数底物的产率较低。基于前人的工作,来自加拿大麦吉尔大学的华人化学家李朝军(Chao-Jun Li)教授小组发展了一种高效的芳香杂环甲基化的方法,利用甲醇作为甲基化试剂和溶剂,二氯甲烷作为共溶剂,三氟乙酸作为添加剂,在室温、光照的条件下实现了五元和六元芳香杂环高效简洁的甲基化过程。整个反应无需使用外加光敏剂,也不使用金属催化剂或配体,避免了金属试剂带来的费时费力且高成本的后续分离步骤,更符合“绿色化学”的理念。该反应对于生物活性分子及药物分子的合成改造都具有重要意义。作者还通过氘代实验研究了反应过程,并提出了可能的反应机理。有意思的是,反应产物上新生成的甲基中的三个氢原子并非全部来自甲醇的甲基,而是分别来自甲醇的羟基和甲基。(八)做个新型食品添加剂,发篇高分Nature子刊Nature Nanotech., DOI: 10.1038/NNANO.2017.58原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Amyloidfibril systems reduce, stabilize and deliver bioavailable nanosized iron缺铁性贫血是体内铁储存不能满足正常红细胞的生成需要而发生的贫血。减少缺铁性贫血最有效的方法是食用含铁量高的食物或是铁强化食品。这些食品中加入生物可利用的水溶性铁化合物,如硫酸亚铁和铁钠乙二胺四乙酸,作为铁强化剂提高铁含量。但铁强化剂的加入往往也会引起食物感官性质的变化,“卖相”、“味道”或者“口感”变差。另外一些难溶的铁强化剂,如焦磷酸铁和富马酸铁,其生物利用度太低,还容易在液体食物中产生聚集体。铁纳米颗粒,因其较高的生物利用度和较低的反应活性,且不易影响食物的感官性质,已被开发作为一种新的铁强化剂。但其在溶液中易氧化及易聚集的性质,严重限制了它的应用。日前,来自瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)的Raffaele Mezzenga教授和Michael Zimmermann教授利用廉价易得、具有天然还原性的β-乳球蛋白(β-lactoglobulin,BLG,可从牛奶中获得)制成可降解的淀粉样蛋白纤维,作为铁纳米颗粒的抗氧化纳米载体和胶体稳定剂。所形成稳定的蛋白质-铁胶体,不仅在体内铁生物利用度高,而且生物安全性高,同时极大降低了对食品感官性质的影响。(九)几根锈铁钉引发的AMAdv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201606717原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Rust-Mediated Continuous Assembly of Metal–Phenolic Networks2013年,澳大利亚墨尔本大学的Frank Caruso教授课题组在Science 上报道了通过铁离子与单宁酸(一种天然多酚类物质)相互作用快速自组装形成中空微胶囊的工作,引起了学界的广泛反响(Science, 2013,  341, 154), 在生物医学以及环境工程中都具有应用潜力。随后的几年中,他们在相关领域取得了一系列进展。最近,他们突发奇想地瞄上了铁锈,利用了生锈的铁制品作为铁离子的来源,与多酚类物质进行自组装。他们甚至发现当使用生锈铁钉诱导自组装过程时,形成的组装体更易调控。作者们对此过程进行了总结。与传统过程相比,首先,该方法提供了固态的铁源代替直接添加离子,持续稳定地提供铁离子;其次,体系中没有来自铁盐的反离子;其三,溶液中没有因为盐类水解产生的聚铁物质;其四,存在两个与时间相关的动态过程:离子溶蚀与离子/多酚组装;其五,自组装过程本身具有连续的特性,但在快速的溶液自组装过程中无法体现;第六,该过程厚度可控;第七,该过程利用了废弃的铁锈成分作为反应物。与其它类似的组装体一样,这种组装体也会在强酸性环境下发生解组装,而其它如单宁酸之类的配体也同样适用于这种方法。(十)钙钛矿领域的常见问题,只有他们发了NatureNature, DOI: 10.1038/nature22072原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):The effect of illumination on the formation of metal halide perovskite films瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Michael Grätzel教授的研究团队研究了光照对金属卤化物钙钛矿薄膜形成的影响。在金属卤化物钙钛矿太阳能电池中,钙钛矿薄膜的质量会直接影响到器件的性能,优化钙钛矿薄膜的形貌显得非常重要。为了提高钙钛矿太阳能电池的性能,科学家们已经开发了许多器件结构及制备工艺,其中包括一步沉积法、顺序沉积法、反溶剂(anti-solvent)法。早期的研究已经发现制备钙钛矿的反应条件会对薄膜质量产生影响,比如反应物浓度以及反应温度。但是,科学家们对控制薄膜质量的精确反应机理以及主要因素的理解还称不上透彻。Michael Grätzel教授研究团队以“光照”为切入点,利用共聚焦激光扫描荧光显微镜(CLSM)以及扫描电子显微镜(SEM)研究了两种常用的钙钛矿制备方法:顺序沉积法和反溶剂法,展示了光照对于钙钛矿生长速率以及薄膜形貌的影响。作者通过实验证实黑暗条件对于反溶剂法制备钙钛矿薄膜是有利的,然而对于顺序沉积法来说情况相反,有利的条件变成了光照。这个结论看似简单但却非常重要,再结合对现象背后机理的深入研究,对于控制钙钛矿薄膜的形貌以及高质量钙钛矿太阳能电池的大规模生产都具有指导意义。这个切入点看似稀松平常,可以说该领域的研究者几乎人人都会遇到,但貌似只有他们注意到并进行了深入研究。

来源: X-MOL 2017-06-10

X-MOL APP零流量更新,看文献体验提升

最近,屡有学霸用户抱怨,用X-MOL APP看文献别的都好,就有一点特别不能忍——看论文原文时,APP内置浏览器居然不能下载PDF。一个用户说:“这严重阻碍了我向着学霸前进的势头”。囧……当初设置内置浏览器只是为了速度更快体验更好,不过APP内置浏览器受到操作系统的限制,一些高级权限(比如下载),因为需要更改手机本地设置而没法实现。那就改吧,说做就做。X-MOL的攻城狮们为用户们增加了“浏览器选择”功能。当您点击“查看原文”的时候,会出现下图的提示框:注:“记住我的选择”这个功能只有在登录后才有。未登录时,App会每次询问。如果您勾选了上图中的“记住我的选择”,那以后App就自动延用您的选择。当您想更改时,点击左上角头像进入“个人中心”即可设置:除了这个更新,“学术期刊”还在持续新增重要期刊,还补齐了以往不易获得的信息,比如图片、摘要,以及Just Accepted类文章。所有这些,只是为了让你看文献既省事又高效?(点击阅读详细)。长按或扫描二维码,或点击这里立刻体验另外,“文献直达”最近也同样进行了更新。不仅支持上万种各领域期刊(点击阅读详细),现在更支持批量检索,批…量…检…索…,来网站及APP上试试吧我们还在继续琢磨如何给大家提供更多更好用的功能和内容,如果有建议或者想吐槽欢迎联系我们:写邮件给service@x-mol.com,或者加客服微信 X-molTeam。

来源: X-MOL 2017-06-09

Science封面故事:“流浪的”科学家

在民谣歌手和文艺青年看来,“流浪”二字似乎就是青春、自由、浪漫的代名词,据说它在民谣歌曲中出现的频率仅次于“姑娘”。不过,这个词对于很多科学家而言,感觉却复杂很多很多。为了追踪科技发展的最前沿,他们往往不得不在奔走于世界的各个角落——能够深入理解你的研究领域的人本已不多,更何况这些人有很大的概率与你不在同一个城市。既然走上了搞学术做科研这条路,读博、做博后、谋个永久教职……与之相应的,便是科学家不得不踏上的“流浪”之路。Science 近期做了个特辑,关注了这个问题,并奢侈地以封面故事形式进行报道(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan6494)。X-MOL的读者有不少已经或者正准备踏上异国他乡的土地,继续追逐心中的梦想,因此我们将相关报道编译与此,供诸君阅读和思考。Science当期封面。图片来源:ScienceRimantas Kodzius是“流浪科学家”的典型代表。自打1995年离开自己的祖国立陶宛赴奥地利攻读研究生学位后,他已经在10个国家留下了自己的足迹。“我一周前刚刚来到中国,”不久前他在一封电子邮件中写道,“我在哪儿工作和生活,哪儿就是我的家。”Rimantas Kodzius。图片来源:Rimantas Kodzius在学术界,Kodzius已经算得上是名角了,德国、日本、瑞典、沙特阿拉伯等国一众研究机构都向其伸出了橄榄枝。不过就在去年,他又决定接受上海大学的邀请,去领导那里的一个新建实验室。至于为什么还要跑到这个东方国家再去折腾一番,他是这么说的,“在我看来,没有活力与冒险的生活是不完美的。”事实上,对于不少国家来说,外来的科研工作者已经占据了不小的比例。以美国为例,根据美国国家科学基金会公布的数字,在美国有超过三分之一的科学和工程学博士学位被授予了外国学子。社会学家们期盼着能够划出Kodzius这样的科学家的“流浪轨迹”,并以此为基础描绘出全球科学事业发展的宏伟画面。有些人觉得这是小菜一碟,既然科学家得随时把自己的研究结果发表出来,这不就提供了线索吗?真相却是,一旦牵扯到科学家的生活,这完全是另一码事了。因为这里面涉及很多私人信息,所以想找出这种“迁徙”纪录,难度极大。既然如此,绘出科学家“流浪图”是否就变成了不可能完成的任务了呢?老话说得好,“世上无难事,只怕有心人,”Science 已经找到了一个新办法来完成这项任务,秘诀便是ORCID。可能有些人对ORCID是什么还有点摸不着头脑。ORCID其实是Open Research and Contributor ID的简称,是开放学术出版物及学术产出的作者(指科研工作者)标识符,称得上是科研工作者在学术领域的身份证。目前ORCID数据库里已收录了300万名科学家的学术简历信息,有了它,人们就可以追踪科学家的“流浪轨迹”了。佐治亚州立大学经济学家Paula Stephan翘起了大拇指,称赞有了ORCID,可以“往前推进一大步”——她本人曾领导过一项关于科学流动性的大型研究,涉及1.7万名科学家,其研究成果于2012年发表在了《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)上。不过,作为过来人,她也提醒道,ORCID本身存在一些短板,且代表性有所欠缺,所以提供参考有余,就此得出肯定结论则不足。圣母大学经济学家Kirk Doran亦特别指出,像西班牙和葡萄牙这样的国家因为有很多机构要求科学家使用这个系统,所以从数字来看往往表现得过了头。此外,ORCID的拥戴者多为学术界的研究人员,对工业界的研究人员吸引力有限。“金无足赤,人无完人”,尽管存在这样那样的问题,借助ORCID,还是能够挖掘出不少被隐藏起来的信息,揭示出很多值得借鉴的科学移民趋势。我们已经知道,设立ORCID的初衷是为全球科研工作者提供一个身份识别码。不过,随着ORCID的不断发展,用户们可以将自己的受教育情况及工作经历等信息也添加上去。结果便是,自2012年以来,ORCID所收纳的相关信息呈爆炸式增长态势。截至目前,在ORCID的300万名用户当中,已有约74万名用户把自己的教育和工作背景信息放在了这个平台上。约74万名用户把背景信息放在了ORCID上。图片来源:Science如此一来,通过追踪用户不同时间段在各国的居留情况,就有可能对他们是如何“流浪”的有个粗略了解——自然,像Kodzius这样到处跑的“流浪汉”会格外吸引眼球。就这样,通过对大量数据的收集,一些有趣的趋势便可呈现出来,这是其他方法难以比拟的。例如,数据显示,在英国获得博士学位的科研工作者,有约30%如今生活在其他地方,至于那些在欧洲其他国家获得博士学位的科研工作者,这个比例约为15%。数据还揭示了2001年“9•11”恐怖袭击所带来的效应:一段时期内,外国科学家流入美国的速度骤降。ORCID提供的数字表明,自1990年以来,在美国学习或工作的外国研究人员的数字原本一直保持着稳定增长的趋势,但在2002年达到某个高位值后又开始下跌。进一步的分析揭示,那段特殊时期美国的年移民率下跌了差不多15%,直到2008年才缓过劲来。这是否是因为“9•11”恐怖袭击后美国实行了更为严格的签证制度和移民政策?如果的确如此,它意味着此次恐袭除了造成严重的生命财产损失,还带来了一个影响深远的恶果:这些年,成千上万名高级技术人员通往美国的大门被关闭了。科学移民流入美国情况概览(图片来源:G. GRULLÓN AND J. YOU/SCIENCE)随着ORCID逐渐成长为一个更综合、更全面的样本,政策制定者们就有可能利用它来评估自己的工作对科研人员成效几何。与此同时,它也为我们提供了一个独特的角度,得以一瞥“科学智匠们”的“迁徙”生活。我们来看这样一个例子。Delanyo Dovlo是为世界卫生组织(WHO)工作的一名公共健康研究者。“我第一次真正意义上的迁移是1999年从加纳跑到纳米比亚。”他说,此前他已在英国和美国学习过。后来,纳米比亚出现了一些政治风波,不过好在他又得到了一个在WHO工作的机会,就这样,他便一次又一次地欧洲和非洲之间跑来跑去。对于浪迹天涯的科学家来说,他们一方面可以拿到更高的薪水,有机会与顶尖科学家一起工作、接触科技最前沿,但另一方面,这也意味着他们要在其他方面付出代价。一名科学家黯然说道:“这是一种孤独的体验,很难结交朋友,没有稳定性,没有安全感。”不过,也有一些人已经习惯了这种四海为家的漂泊生活,甚至乐此不疲。现年56岁的Helena Pinheiro是一名生物工程师,已经在好几个国家呆过,她说:“我唯一的愿景是获得更多的经费,在我看来,在不同国家生活和工作……可以使你变得更人性化,更善解人意,体验各种各样的快乐”,“游走于不同的国家让我心生期盼——有朝一日,这些壁垒终将不复存在。”编译自:http://www.sciencemag.org/news/2017/05/vast-set-public-cvs-reveals-world-s-most-migratory-scientists

来源: X-MOL 2017-05-27
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