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中科院物理所吴克辉研究员团队Nano Lett. | 二维Ruby晶格材料的实现

英文原题：Realization of Material with an Atomic Ruby Lattice通讯作者：吴克辉（中国科学院物理研究所）；陆赟豪（浙江大学）；何小月（松山湖材料实验室）作者：Zijia Liu, Shengdan Tao, Huiru Liu, Chen Ma, Panyin Li, Zhihao Cai, Dacheng Tian, Yu He, Baojie Feng, Lan Chen, Xiaoyue He*, Yunhao Lu*, Kehui Wu*研究和解析材料的晶体结构和能带结构、发现新物态、拓展材料应用一直是凝聚态物理研究的重要内容。近几十年来，二维线图晶格如Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格、Ruby晶格等由于结构上具有类石墨烯蜂窝晶格特性，且晶格模型中阻锉几何的存在会导致布洛赫波的干涉相消级动量空间中的拓扑平带，带来多种强关联物理效应，包括分数量子霍尔效应、非常规超导和维格纳晶格化等，激发了人们对实现具体材料的强烈兴趣。迄今为止，Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格等都已有一些实验上实现的报道，但二维Ruby晶格能否在实验上实现还不明确。Ruby晶格表现为类六角蜂窝晶格，其结构相当于将六角晶格的顶点用三角晶格替换，六角晶格的棱则用平方格子替换。其能带结构表现为两个特征：在K 点处的两个狄拉克锥和在动量空间中沿着M-Г线的两个平带。这些平带来自晶格中布洛赫波函数的几何阻锉，在未来的自旋电子学和量子器件中具有潜在的应用。图1. Ruby晶格模型及其特征能带结构。最近，中国科学院物理研究所的吴克辉研究员（点击查看介绍）和陈岚研究员（点击查看介绍）团队利用分子束外延技术成功在Au(111)表面制备出了表现为Ruby晶格的单层的CuCl1+x纳米结构。得益于该课题组在分子束外延制备二维材料方面的多年经验积累，本研究中，他们采用了Cu和Cl单质依次沉积后退火的方法，结合配比控制，成功在Au(111)表面制备出了单层且单畴大小为几十nm的CuCl1+x纳米结构。扫描隧道显微镜（STM）的高分辨结构表征表明，该CuCl1+x纳米结构的原子排列具有类石墨烯的六重对称性；而X射线光电子能谱（XPS）的测量结果表面Cu和Cl原子的化学环境与CuCl单层相似。但是，考虑到该CuCl1+x纳米结构表现出的4×4超结构特性又不同于CuCl单层的1×1结构，故而推测CuCl1+x纳米结构的化学计量比有可能是偏离1:1的。图2. Au(111) 表面形成的单层CuCl1+x纳米结构，表现为Ruby晶格。进一步通过扫描隧道谱（STS）测量，作者发现该CuCl1+x纳米结构位于未占据态3.6 eV处有一个明显的特征峰，且该特征峰位的STS mapping结果显示出了一种类似于ruby晶格的结构特性。此外，这些CuCl1+x纳米结构的畴界处还观察到了位于3.7 eV的边界态。图3. Cu6Cl8的电子结构。利用第一性原理计算（DFT），他们证明了该CuCl1+x 单层纳米结构是一个理想的二维Ruby晶格体系。研究表明，CuCl1+x在Au(111)表面形成了一种Cu6Cl8的配位结构，其中Cu原子的排列方式完全符合Ruby晶格结构。STS谱和DFT计算揭示了Cu6Cl8 Ruby晶格位于未占据态3.6eV处的Ruby晶格平带特征峰，以及位于3.7eV处的边界态特征。图4. Ruby晶格的边缘态。综上，本项工作首次在一个实际材料体系中实现了二维Ruby原子晶格的构建，观察到了Ruby晶格相关的能带特征峰和边缘电子态。为进一步研究Ruby晶格中有趣的电子结构和丰富的物理现象提供了良好的平台。相关研究结果发表在Nano Letters。中科院物理研究所和松山湖材料实验室联合培养的博士生刘子嘉同学、浙江大学博士生陶圣旦同学为该论文共同第一作者。吴克辉研究员、陆赟豪教授和何小月研究员级工程师为该论文共同通讯作者。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）：Realization of Material with an Atomic Ruby LatticeZijia Liu, Shengdan Tao, Huiru Liu, Chen Ma, Panyin Li, Zhihao Cai, Dacheng Tian, Yu He, Baojie Feng, Lan Chen, Xiaoyue He*, Yunhao Lu*, Kehui Wu*Nano Lett. 2024, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03236 Published August 23, 2024© 2024 American Chemical Society导师介绍吴克辉https://www.x-mol.com/university/faculty/174619 陈岚https://www.x-mol.com/university/faculty/174613 研究团队主页链接：http://surface.iphy.ac.cn/sf09/#/home-page （本稿件来自ACS Publications）
来源： Nano Letters 2024-09-20

UCLA 段镶锋教授团队Precision Chemistry | 精准控制CuₓBi₂Se₃纳米片中的两性掺杂

英文原题：Precision Control of Amphoteric Doping in CuxBi2Se3 Nanoplates通讯作者：段镶锋，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）作者： Huaying Ren (任华英), Jingxuan Zhou (周靖轩)， Ao Zhang（张翱），Zixi Wu，Jin Cai，Xiaoyang Fu（傅晓阳），Jingyuan Zhou（周劲媛），Zhong Wan（万众），Boxuan Zhou（周博轩），Yu Huang（黄昱）研究背景Bi2Te3、Sb2Te3和Bi2Se3等二维层状拓扑绝缘体材料具有独特的狄拉克表面态，该性质在凝聚态物理和材料科学领域引起了广泛的研究兴趣。这些材料的电子特性的系统性调控可以通过在其中掺杂异质原子来实现。例如，铜在CuxBi2Se3中起到了双重作用，插层在Bi2Se3范德华间隙中的铜（原子或正一价阳离子）通常作为电子供体以增强导电性，而掺杂在Bi2Se3晶格中的铜离子（+2，占据Bi2+位点）则表现为会减少自由电子的浓度的受体。另一方面，CuxBi2Se3材料在一定的掺杂浓度下可表现出超导性，为研究奇宇称向列型超导性等新奇现象提供了一个有趣的材料体系，并在容错拓扑量子计算领域有潜在应用前景。因此，精准控制CuxBi2Se3中铜的掺杂位置和浓度对于调控其电子和新兴量子特性至关重要。为了解决CuxBi2Se3的制备问题，研究人员提出了多种方法，主要归纳为以下两种策略：将铜插层到二维层状Bi2Se3的层间空隙中和直接生长/合成CuxBi2Se3晶体。气态、固态和液态的铜前驱物，均可用于插层。然而，固态插层较容易导致铜过量，从而破坏Bi2Se3的晶格结构。基于溶液的插层反应，通常在相对温和的反应条件下进行，但由于插层物在范德华间隙中的扩散较慢，对大规模制备CuxBi2Se3材料构成了挑战。直接生长/合成的方法可以解决扩散带来的问题，但传统的生长方法通常需要超过550°C的高温以及长达数天的生长时间。综上所述，CuxBi2Se3材料的精准合成仍然面临着诸多挑战。图1. 掺杂铜处于插层位点或取代位点及其性质的关系图文章亮点近日，加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授在Precision Chemistry上发表了精准控制CuxBi2Se3纳米片中的两性掺杂的研究。该工作报道了一种通过使用逐渐释放低浓度Cu+的铜前驱体（CuI），系统性调控CuxBi2Se3纳米片铜掺杂浓度的合成方法。表征显示，在低浓度下，铜原子最初占据Bi2Se3层间范德华间隙中的插层位点，并随着铜浓度的增加逐渐取代Bi2Se3结构中Bi，占据替代位点（图2）。该研究通过对CuxBi2Se3导电薄膜的电学测量进一步展示了，插层位点的铜原子作为电子供体，增强了材料的导电性，而替代位点的铜原子则作为电子受体，抑制了导电性。磁性测量则显示，在临界温度（Tc）约为2.4K时， Cu0.18Bi2Se3样品展现出了超导行为，而这种现象在本征的Bi2Se3样品以及高浓度掺杂的CuxBi2Se3中均不存在，突出了精确控制掺杂水平在调控奇异量子特性中的重要作用（图3）。图2. CuxBi2Se3中铜含量和掺杂位点的表征图3. CuxBi2Se3的电学和磁学表征总结/展望本研究通过建立一种简单且高效的溶液合成方法，成功实现了对特定掺杂浓度和掺杂位点的CuxBi2Se3纳米片的精准合成，从而能够精确调控由铜掺杂引入的不同电子特性。研究揭示了铜在插层位点作为电子供体和在取代位点作为电子受体的两性掺杂规律，并在液相合成的Cu0.18Bi2Se3纳米片中成功观察到了超导行为。该合成策略不仅在材料制备的可控性和电子性能的调控方面取得了重要突破，还为低维材料的合成提供了新的方法学视角，为调控奇异量子特性提供了一个新的材料平台。此外，这一研究在推动容错拓扑量子计算和新型电子器件的广泛应用中具有重要意义。相关论文发表在以精准为导向的高质量期刊Precision Chemistry上，UCLA博士后研究员任华英为文章的第一作者， 段镶锋教授为通讯作者。通讯作者信息段镶锋 教授段镶锋，美国加州大学洛杉矶分校终身教授，专注于纳米材料的合成/组装和表征、先进电子和光子材料与器件、能源利用/转化与存储、生物医学传感与治疗等研究。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Precis. Chem. 2024Publication Date: Aug 4, 2024https://doi.org/10.1021/prechem.4c00046 © 2024 The Authors. Co-published by University of Science and Technology of China and American Chemical Society关于 Precision ChemistryPrecision Chemistry 将发表化学及交叉领域中以精准化为导向的高水平的具有重要意义和吸引广泛兴趣的原创研究，包括但不限于计算、设计、合成、表征、应用等方面的前沿性研究成果，将秉承尊重科学、兼容并包的态度，为全球科研人员提供高质量的、开放的学术交流平台，服务于广大的化学和科学界。期刊将发表原创论文、快报、综述、展望、以及多样化的短篇社评。2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）Precision Chemistry目前已被ESCI, Scopus，DOAJ，CAS 等数据库收录，并入选2023年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊。所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@pc.acs.org。点击“阅读原文”
来源： Precision Chemistry 2024-09-10

西湖大学JPCL | 卤素钙钛矿纳米晶玻璃-等离激元混合器件中动态可调控的圆偏振选择性

英文原题：Dynamically Tunable Circularly Polarized Selectivity in Plasmon-Enhanced Halide Perovskite Nanocrystal Glasses通讯作者：彭斯颖（西湖大学）作者：Yujie Jiao, Zhenqin Li, Nuerbiya Aihemaiti, Jiayu Ding, Bing Gu, Siying Peng*光学斯塔克效应（Optical Stark effect）能在超快时间尺度上动态调控偏振选择性。此效应对自旋选择的相干性使得其在量子信息科学与技术领域有许多潜在的应用，例如超快光学自旋逻辑开关和量子纠缠源等。西湖大学彭斯颖团队展示了铯铅溴（CsPbBr3）纳米晶玻璃与等离激元混合器件在室温下基于自旋的动态可调的偏振选择性。通过超快泵浦探测表征，在铯铅溴（CsPbBr3）纳米晶玻璃样品中观察到基于光学斯塔克效应的偏振选择性。证实了卤素钙钛矿纳米晶与共振等离激元银纳米粒子的耦合可以进一步调节光学斯塔克效应，实现的最大能量偏移约为3.67 meV，与无共振的样品相比增强了4.67倍。本文亮点：（1）展示了铯铅溴纳米晶玻璃与等离激元混合器件在室温下基于自旋的动态可调的偏振选择性。（2）实现了与微纳加工工艺兼容的稳定的卤素钙钛矿微纳光学器件的制备策略。（3）证实了微纳光学器件中光-物质相互作用对自旋选择性调控的增强。材料系统由铯铅溴纳米晶玻璃和共振的银纳米粒子组成。通过熔融淬火退火法将铯铅溴纳米晶直接嵌入玻璃中。嵌入卤素钙钛矿纳米晶的玻璃具有致密的玻璃晶格结构，通过与水和氧气的相互作用阻止表面缺陷降解途径，使得纳米晶在空气、热和湿度下保持完好的形貌和光致发光强度。对于混合器件的制备，直径为100纳米的银纳米粒子被分散在铯铅溴纳米晶玻璃的上表面。在泵浦-探测测试中，光谱研究了铯铅溴纳米晶玻璃在室温下的光学斯塔克效应由2.32 eV的飞秒泵浦激光脉冲诱导生成。泵浦和探测脉冲均为圆偏振，吸收谱随泵浦-探测延迟时间和探测波长的变化如下图所示。当飞秒激光泵浦和探测脉冲为同圆偏振（σ⁺, σ⁺）或（σ⁻, σ⁻）时，在t= 0时观察到TA光谱中交替的正负信号，持续到泵浦-探测时间重叠的整个期间。当泵浦和探测脉冲为交叉圆偏振（σ⁺, σ⁻）或（σ⁻, σ⁺）时，在t= 0附近没有观察到信号。偏振分辨泵浦-探测结果表明，斯塔克效应是由于特定圆偏振的失谐泵浦诱导的特定自旋跃迁引起的。共振等离子银纳米粒子与铯铅溴纳米晶玻璃之间的耦合作用对光学斯塔克效应有进一步的调控作用。光斯塔克效应引起的能量偏移ΔE随泵浦波长和泵浦强度的变化而增强，随着失谐能量的增加而减小。如上图所示，分析表明，与银纳米粒子耦合的样品的 ΔE 有所增加，表明共振导致的局部场增强使光斯塔克效应得到了增强。与之前发表的胶体卤素钙钛矿量子点（CsPbBr3）相比，能量偏移ΔE增加了3.11倍。可以通过调节浓度、尺寸分布和量子限域来进一步优化卤素钙钛矿纳米晶的光斯塔克效应。玻璃的制备成本低廉，并且可以轻松掺杂复合材料以进行特性调节，且有利于卤素钙钛矿材料微纳光学器件的稳定性和质量。通过在纳米晶玻璃上设计和制造具有小模体积的纳米光子结构，可以进一步在该材料系统中探索强耦合和多体相互作用。具有高品质因子和偏振灵敏度的拓扑光子晶体等微纳光学结构与卤素钙钛矿纳米晶玻璃集成，可以调控偏振态、能量和相干时间。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）：Dynamically Tunable Circularly Polarized Selectivity in Plasmon-Enhanced Halide Perovskite Nanocrystal GlassesYujie Jiao, Zhenqin Li, Nuerbiya Aihemaiti, Jiayu Ding, Bing Gu, Siying Peng*J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 35, 9092–9099https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c01878 Published: August 28, 2024© 2024 American Chemical Society西湖大学彭斯颖团队https://www.pengsylab.com （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry Letters 2024-09-09

ACS Nano | 综合性能优异的近红外二区诊疗剂用于成像引导的光热溶栓

英文原题：Near-Infrared II Agent with Excellent Overall Performance for Imaging-Guided Photothermal Thrombolysis通讯作者：秦安军（华南理工大学）；钱骏（浙江大学）作者：Daming Zhou, Guiquan Zhang, Jiayi Li, Zeyan Zhuang, Pingchuan Shen, Xinyao Fu, Lirong Wang, Jun Qian*, Anjun Qin*, Ben Zhong Tang人体内的微小病变，如小肿瘤和血栓，不仅对人类健康构成重大威胁，还成为全球人口死亡率居高不下的主要原因之一。对这些微小病灶进行精确诊断和治疗至关重要，但面临诸多挑战。近红外二区（NIR-II）成像和光热治疗在生物体内的精确诊断和治疗方面具有巨大的潜力。然而，一个重大的挑战是缺乏同时具有高光热转化效率和高荧光量子产率的NIR-II诊疗剂。近期，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室唐本忠院士（点击查看介绍）团队秦安军教授（点击查看介绍）和浙江大学光电科学与工程学院钱骏教授（点击查看介绍）等人设计并制备了一种综合性能优越的NIR-II诊疗剂，并实现了在成像引导的光热溶栓治疗方面的应用。作者通过在分子中整合大共轭吸电子核心、多个可转动的芳香环和四条烷基链，成功制备了一种名为4THTPB的NIR-II诊疗剂（图1）。将4THTPB分子用DSPE-PEG2000进行包裹，获得在水相分散良好的4THTPB纳米粒子，其表现出优异的光热转化效率（87.6%）和较高的荧光量子产率（3.2%）。4THTPB 纳米粒子的最大发射峰位于1058 nm，发射光谱可延伸至1700 nm。因此，4THTPB 纳米粒子在NIR-II高分辨率血管造影中表现出色，能够通过NIR-II成像实现血栓的精准成像，并基于其光热特性实现了高效的光热溶栓治疗。图1. 4THTPB的化学结构、设计策略及性能的示意图。体外实验结果显示，存在4THTPB 纳米粒子时，光热消融体外血块的速率明显加快。同时体内实验结果表明，4THTPB纳米粒子能够在NIR-II荧光成像引导下有效消融血栓，在小鼠体内成功实现了血管再通。与传统药物溶栓相比，这种方法具有可视化治疗区域的优势，提升了精确度和控制力（图2）。图2. 基于4THTPB 纳米粒子的体内外血栓诊断与治疗。A) 为使用不同浓度的纳米粒子在激光照射下进行体外血栓治疗。B) 为对应 (A) 的540 nm处释放血液的吸收动力学。C) 为体内血栓治疗的示意图。D) 为不同处理后血凝块的H&E染色。E) 为对活体小鼠进行NIR-II成像。F) 和 (E) 为中沿黄色线的相应横截面荧光强度分布。G) 为对不同组小鼠进行NIR-II成像。值得指出的是，4THTPB 纳米粒子NIR-II成像可用于监测血栓消融过程中的血管再通情况。随着808 nm激光照射时间的增加，可从4THTPB 纳米粒子NIR-II成像观测到股动脉逐渐恢复通畅的过程（图3）。图3. 基于4THTPB 纳米粒子的血管再通的NIR-II成像及溶栓效率评估。A)，B)，C)  和D)为激光照射血栓不同时间的NIR-II成像；E) 为 (A)、(B)、(C) 和 (D) 中沿黄色线的相应横截面荧光强度分布。F) 图为不同处理后股动脉血栓部位的H&E染色。综上，该工作成功设计并制备了一种综合性能优异的NIR-II诊疗剂4THTPB，其纳米粒子可以清晰成像小鼠血管并精准示踪血栓位置，同时实现精确光热溶栓治疗，显示出对微小病灶进行精确诊断和治疗的潜力。该工作为高性能NIR-II诊疗剂的设计提供了参考。该工作发表在ACS Nano 上。文章共同第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院博士生周大明、博士生张贵泉和浙江大学光电科学与工程学院硕士生李佳一。通讯作者为华南理工大学材料科学与工程学院秦安军教授，浙江大学光电科学与工程学院钱骏教授。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）：Near-Infrared II Agent with Excellent Overall Performance for Imaging-Guided Photothermal ThrombolysisDaming Zhou, Guiquan Zhang, Jiayi Li, Zeyan Zhuang, Pingchuan Shen, Xinyao Fu, Lirong Wang, Jun Qian*, Anjun Qin*, Ben Zhong TangACS Nano 2024, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsnano.4c06965 Published Date: August 27, 2024© 2024 American Chemical Society导师介绍钱骏https://www.x-mol.com/university/faculty/48486 唐本忠https://www.x-mol.com/groups/Agg_optoelectronics 秦安军https://www.x-mol.com/groups/qinaj （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2024-09-04

ACS Nano综述 | 增强肝纤维化治疗效果的纳米药物递送策略

英文原题：Delivery Strategy to Enhance the Therapeutic Efficacy of Liver Fibrosis via Nanoparticle Drug Delivery Systems通讯作者： 张娜、刘永军（山东大学）作者：Jie Liu, Jinhu Liu, Weiwei Mu, Qingping Ma, Xiangyu Zhai, Bin Jin, Yongjun Liu*, Na Zhang*肝纤维化 (Liver fibrosis, LF) 是一种由慢性肝损伤引起的病理修复反应，影响着全世界数百万人的健康，如果不及时干预，可发展为危及生命的肝硬化和肝癌。由于肝纤维化病理复杂、病因特点多、细胞外基质沉积，传统药物无法以时空匹配的方式到达合适的靶点，降低了治疗效果。纳米药物递送系统 (NDDS) 能够实现多药联合治疗，并开发针对病理过程的多因素给药策略，在肝纤维化治疗中显示出巨大的潜力。图1. 肝纤维化病理特征鉴于此，山东大学药学院张娜/刘永军团队以“The delivery strategy to enhance the therapeutic efficacy of liver fibrosis via nanoparticle drug delivery system”为题发表一篇综述，结合肝纤维化的发病机制及临床治疗现状，系统阐述纳米递送系统在肝纤维化治疗中的靶向机制，重点介绍了肝纤维化纳米药物递送策略，包括针对肝纤维化病理环境的联合给药策略，克服肝纤维化微环境的生物屏障策略、细胞内精确调控策略以及智能响应递送策略。该成果发表在国际知名学术期刊ACS Nano，山东大学药学院刘杰、刘金虎博士研究生为论文第一作者，山东大学药学院张娜教授和刘永军教授为论文共同通讯作者。图2. 用于肝纤维化治疗的递送载体包括脂质、聚合物和无机材料在内的多种材料在制备成各种纳米颗粒时显示出更高的有效性和生物利用度，并已成功用于肝纤维化的治疗。此外，随着仿生学和合成生物学的发展，细胞纳米载体也巧妙地应用于肝纤维化的治疗。表1总结了不同载体的优点和局限性。表1. 不同载体的优缺点比较为了提高药物在病灶部位的浓度，提高其治疗效果，科学家们提出了多种肝纤维化的递送策略，包括针对肝纤维化病理环境的联合递送、克服生物屏障（巨噬细胞屏障；细胞外基质屏障；肝窦屏障---肝血管重塑)、精准胞内调控以及针对肝纤维化微环境的智能响应性递送。这些策略的作用方式不同，各有其特定的优势，如序贯反应、增加渗透、精准药物释放、智能反应等。不同的策略也可以相互补充，为肝纤维化提供了很好的策略。图3. 肝纤维化的递送策略总结与展望近年来，随着合成材料、生物制剂和递送策略的发展，用于治疗肝纤维化的纳米递送系统得到了广泛的探索和改进。为了获得更创新、安全、有效的纳米药物递送系统，需要在材料科学、基础医学、生物化学等领域进行更深入的合作，创造出更巧妙的纳米颗粒。本论文期望为纳米颗粒用于肝纤维化、其他器官纤维化以及其他肝脏疾病的治疗提供参考。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）：Delivery Strategy to Enhance the Therapeutic Efficacy of Liver Fibrosis via Nanoparticle Drug Delivery SystemsJie Liu, Jinhu Liu, Weiwei Mu, Qingping Ma, Xiangyu Zhai, Bin Jin, Yongjun Liu*, Na Zhang*ACS Nano 2024, 18, 32, 20861–20885https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02380 Published Date: July 31, 2024© 2024 American Chemical Society导师介绍张娜https://www.x-mol.com/university/faculty/23522 刘永军https://www.x-mol.com/university/faculty/23564 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2024-08-30

哈工大深圳马星/金东东与浙大李铁风/杨栩旭教授ACS Nano | 磁响应镓基液态金属的制造、性质和应用

英文原题：Magnetically Responsive Gallium-Based Liquid Metal: Preparation, Property and Application通讯作者：马星、金东东，哈尔滨工业大学（深圳）作者：Yifeng Shen (沈毅锋), Dongdong Jin (金东东)*, Tiefeng Li (李铁风), Xuxu Yang (杨栩旭), Xing Ma (马星)*磁场具有灵活的可调性、介质穿透性和高安全性，因此在许多领域展现了巨大的应用潜力。基于此背景，各种能够响应外部磁场的智能软材料应运而生，并在多个方向上开展了应用研究。这些磁响应智能软材料大多由分散的磁性颗粒和柔软的基质材料组成，其中基质材料可以分为固体（如硅胶和水凝胶）、液体（如水、硅油和离子液体）以及非牛顿流体（如史莱姆液体胶）。然而，常用的软基质材料通常存在密度低、热导率和电导率差等问题，限制了它们在医学成像、高性能电子设备和热管理等领域的进一步应用。为了克服这些问题，低熔点、高密度、高导电性且与大多数物质不混溶的室温液态金属成为磁响应智能软材料的理想基质材料之一。与其他相对危险的低熔点金属（汞和钠钾合金等）不同，具有良好生物相容性和温和化学活泼性的镓及其合金（如镓铟合金和镓铟锡合金）是本文主要讨论的对象。本文不仅介绍液态金属和磁性材料的复合材料，还包括内部有电流流动的纯液态金属。前者将磁性颗粒与液态金属混合后，所得的复合物自然地表现出对于外部磁场的响应性。后者内部有电流流动（存在电势差）的液态金属，在洛伦兹力的作用下也会对外部磁场产生响应。回顾磁响应镓基液态金属的发展历史（如图1所示），这类材料在20世纪中叶只是被应用于治疗龋病的充填材料，而直到21世纪初，才在磁流体动力学领域受到初步关注。在过去十年间，这类具有高流动性、金属特性和磁响应性的多功能材料逐渐引起了学界和产业界的广泛关注，并在基础科学领域和前沿应用领域取得了显著进展。图1. 磁响应镓基液态金属的重要发展进程为了指导该领域的进一步发展，哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院马星教授和金东东教授以及浙江大学航空航天学院李铁风教授和杨栩旭教授等人，汇总了磁响应液态金属目前所有可行的制造方法，对该材料的理化性质及各类影响因素进行了综合分析。接着，回顾并讨论了磁响应液态金属在软体机器人、生物材料、柔性电子、电磁屏蔽和高效热管理等多个领域的最新应用进展。最后，分析了磁响应液态金属目前亟待解决的挑战，并展望了其在更多基础学科和交叉学科中的应用前景（如图2所示）。图2. 发展磁响应镓基液态金属的挑战的应用该综述以“Magnetically Responsive Gallium-based Liquid Metal: Preparation, Property and Application（磁响应镓基液态金属：制造，性质和应用）”为题发表在美国化学学会期刊ACS Nano 上，第一作者为浙江大学航空航天学院的沈毅锋。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）：Magnetically Responsive Gallium-Based Liquid Metal: Preparation, Property and ApplicationYifeng Shen, Dongdong Jin*, Tiefeng Li, Xuxu Yang, Xing Ma*ACS Nano 2024, 18, 31, 20027-20054https://doi.org/10.1021/acsnano.4c07051 Published Date: July 29, 2024© 2024 American Chemical Society导师介绍马星https://www.x-mol.com/university/faculty/108877 金东东https://www.x-mol.com/university/faculty/376889 李铁风https://www.x-mol.com/university/faculty/304125 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2024-08-26

中国科学技术大学Nano Lett. | 液氦温度下硅基纳米晶体管的快速热动力学研究

英文原题：Fast Thermodynamic Study on a Silicon Nanotransistor at Cryogenic Temperatures通讯作者：尹春明（中国科学技术大学）作者：Yangbo Zhang (张阳博), Hao Guan (关皓), Tingfeng Sheng (盛霆烽), Ruiwen Chen (陈瑞文), Sven Rogge, Jiangfeng Du (杜江峰), Chunming Yin (尹春明)背景介绍低温是许多量子系统的运行要素之一，比如，工作在百mK温度的半导体量子电子学器件、液氦温度下的固体中色心等。然而用于操控量子态的微波或激光可能会导致量子器件的温度发生显著变化，继而影响量子态的读出保真度或相干性。因此，理解单个量子器件在低温下的热力学过程对于设计和操作大规模量子计算系统至关重要。文章亮点本研究工作中，我们使用量子点-载流子库耦合体系作为温度传感器，使用射频反射测量方法，首先展示了p型单个硅基量子电子学器件的温度测量，当环境温度为3.8 K时，测得的器件温度为3.7±0.1 K（图1）。图1. 使用射频反射测量方法测量硅基量子电子器件的温度。随后，我们使用该方法测量了脉冲激光辐照量子器件时器件温度的动态变化，通过构建目标-环境模型，分析了器件温度的动力学过程，发现当温度低于6 K时，电子导热占据主导，当温度高于8 K时，声子导热则占据主导（图2）。图2. 温度热动力学过程及分析。最后，利用反射信号与温度的反比关系，我们演示了连续温度测量的方法，在3.9 K温度下，单次温度测量的灵敏度达到（图3）。图3. 连续温度测量以及灵敏度分析。总结/展望综上，本工作使用具有高测量带宽的射频反射测量方法，研究了脉冲激光辐照下硅基量子电子器件的温度动态变化，并分析了其热动力学过程，这些结果对于理解量子电路中的导热规划非常重要。此外，我们演示了一种连续温度测量的方法，其3.9 K温度下灵敏度达到，为目前最佳水平。而且该测温技术与微波和激光相兼容，这为研究处于不同工作条件下的量子电子器件提供了一种通用的方法。相关论文发表在Nano Letters 上，中国科学技术大学博士研究生张阳博和关皓为文章的共同第一作者，张阳博博士目前于河南大学任职助理教授，中国科学技术大学尹春明教授为通讯作者。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）：Fast Thermodynamic Study on a Silicon Nanotransistor at Cryogenic TemperaturesYangbo Zhang, Hao Guan, Tingfeng Sheng, Ruiwen Chen, Sven Rogge, Jiangfeng Du, and Chunming Yin*Nano Lett. 2024, 24, 29, 8859–8865Publication Date: July 9, 2024https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01424 Copyright © 2024 American Chemical Society通讯作者信息尹春明，中国科学技术大学教授、博士生导师。长期从事硅基量子计算和精密测量的研究，在纳米器件的微弱电学信号测量、射频高速精密测量以及光学等方面积累了专业知识和技术优势，取得了一系列科研成果，以第一作者或通信作者在Nature，National Science Review，Nano Letters等国际著名期刊发表论文，总共发表SCI论文30余篇。入选国家创新人才计划青年项目，曾获得澳大利亚DECRA青年学者基金。http://staff.ustc.edu.cn/~chunming/ （本稿件来自ACS Publications）
来源： Nano Letters 2024-08-23

南京理工大学JCTC | 诠释芯孔对价电子激发的影响

英文原题：Core Hole Effect to Valence Excitations: Tracking and Visualizing the Same Excitation in XPS Shake-Up Satellites and UV Absorption Spectra通讯作者: 花伟杰（南京理工大学）作者：Jun-Rong Zhang (张俊荣), Sheng-Yu Wang (王胜雨), Weijie Hua (花伟杰)各种X射线光谱（X-ray spectroscopy）基于芯电子（core electron）激发，是实验科学家研究分子、离子、材料、表面、溶液等体系化学结构与电子结构的重要工具。而实际上，芯孔（core hole）的存在改变了物质原有的（基态）电子结构。“芯孔效应”（core hole effect）的术语在物理、化学研究中被广泛使用。那么，究竟芯孔效应对价电子跃迁产生了怎样的影响呢？近日，南京理工大学花伟杰教授（点击查看介绍）团队以呋喃/吡咯/噻吩分子作为模型体系，从一个独特的视角，从X射线光谱与紫外光谱中捕捉（track）同一个跃迁，阐释了这一基本概念（图1）。图1. 芯孔效应对价电子跃迁的影响。图中以呋喃分子为例。最上面，没有芯孔情况下的电子跃迁。下面依次为Cα/Cβ/O 1s芯孔存在时的电子跃迁。电子跃迁通过自然跃迁轨道描述。探测价电子跃迁的两种光谱：无芯孔vs有芯孔在本研究中，作者以自然跃迁轨道（natural transition orbital, NTO）作为分析价电子跃迁特征的工具，并通过轨道特征来捕捉在无芯孔、有芯孔状态下的同一价电子跃迁。挑选了探测价电子跃迁的两种光谱进行了比较研究：一种是没有芯孔存在的紫外吸收光谱（UV absorption spectroscopy），另一种是有芯孔存在的X射线光电子能谱振激伴峰（X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) shake-up satellites）（图2a-2b）。图2.（a）X射线光电子能谱振激伴峰示意图。（b）紫外（UV）吸收光谱示意图。（c）三种分子结构示意图：吡咯、呋喃、噻吩。有无芯孔时的激发态能级研究采用了等效芯孔-含时密度泛函理论（equivalent core-hole time-dependent density functional theory, ECH-TDDFT）和TDDFT方法，进行了芯电子激发态和价电子激发态的计算。首先以呋喃为模型系统，作者计算了单重价电子激发态和具有Cα/Cβ/O 1s芯孔的激发态（图3）。然后，在XPS振激伴峰和UV吸收光谱中借助NTO对比，追踪到了一个特定的价跃迁。此外，通过分析NTO的变化获得了芯孔效应对价电子跃迁造成的变化（图1）。图3. 呋喃分子不同情况下的激发态能级图：(a) 无芯孔；(b) 存在一个C 1s芯孔；(c) 存在一个O1s 芯孔。利用NTO轨道对所有态进行了解释。展示了具有最大跃迁贡献的NTO对：从左到右分别为初态（空穴）和末态（粒子）轨道。红色圆圈标识了芯孔的位置。精确光谱保障下的系统分析XPS shake-up光谱的计算采用了自主开发的PSSXS软件 [1] 完成。UV吸收光谱的计算采用了Gaussian软件。两种光谱均实现了与前人实验数据的高度吻合，印证了计算出的激发态的准确性。图4给出了XPS shake-up理论谱和实验谱的对比图。精确性的保障是进行深入分析的基础。在此基础上，作者系统地分析了有无芯孔、不同种类的芯孔对同一跃迁的影响，包括了对称性保留（symmetry-conserving）的O 1s芯孔和对称性破坏（symmetry-breaking）的Cα/Cβ 1s芯孔，阐释了不同芯孔位置（以及类型）对NTO的初态与末态轨道的影响（图1）。进一步，对不同杂原子（-NH，O，S；见图2c）构成的呋喃/吡咯/噻吩这一经典的分子序列，系统地探讨了对跃迁的影响，并在谱图中找到了该跃迁，进行了对比分析。此外，还探讨了对跃迁能的影响。图4.（a-c）自主开发的PSSXS软件计算的吡咯/呋喃/噻吩的C1s XPS shake-up谱。计算结果与前人的实验吻合得很好。（d-f）对重要跃迁的自然轨道分析。结论与意义该工作加深了对芯孔效应这一基本概念的理解。特别是通过直观的自然跃迁轨道，形象化地描绘了芯孔如何影响了电子跃迁。通过系统研究，描绘了一幅全景，包括了对称性保留的O 1s芯孔和对称性破坏的Cα/Cβ 1s芯孔，跨越了结构类似的分子，囊括了多种轨道类型和轨道对称性。我们知道X射线光谱总是在芯孔存在的情况下用于探测价电子结构，本研究有效提升了对普遍的X射线光谱中存在的芯孔效应的理解。本研究也系统地阐释了广泛用于探测分子与材料中电子结构与动力学的芯电子谱的模拟和如何解谱的全过程。这一成果近期发表在美国化学会Journal of Chemical Theory and Computation 期刊上，第一作者为南京理工大学博士研究生张俊荣（毕业后目前新入职山东理工大学），通讯作者为花伟杰教授。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）：Core Hole Effect to Valence Excitations: Tracking and Visualizing the Same Excitation in XPS Shake-Up Satellites and UV Absorption SpectraJun-Rong Zhang, Sheng-Yu Wang, Weijie Hua*J. Chem. Theory Comput. 2024, 20, 14, 6125–6133https://doi.org/10.1021/acs.jctc.4c00521 Publication Date: July 12, 2024Copyright © 2024 American Chemical Society通讯作者信息花伟杰，南京理工大学物理学院教授，博士生导师。南京大学化学本科（2000-2004）与博士（2004-2010），瑞典皇家工学院生物技术博士（2007-2011）。研究方向：面向科学大装置的X射线光谱学计算方法发展。通过融合物理、化学和计算机领域工具，系统开发了X射线光谱计算方法和程序（分子超快非线性X射线光谱MCNOX、材料软X射线光谱PSSXS、振动分辨的X射线光谱DynaVib、分子波包动力学XSpecTime，以及量子力学和分子力学混合的晶体计算Specryst），具有高精度、高效率、适用复杂过程和超大体系等优点。花伟杰https://www.x-mol.com/university/faculty/77885  课题组主页：http://jszy.njust.edu.cn/lxy/hwj_en/list.psp 参考资料：1. 花伟杰，罗毅，Platform for simulation of soft X-ray spectroscopy，ver. 1.0，2023http://jszy.njust.edu.cn/lxy/hwj_en/list.psp    （本稿件来自ACS Publications）
来源： Journal of Chemical Theory and Computation 2024-08-19

北京工业大学高学云、苏冬冬团队JACS Au | 原位特异性级联激活的荧光纳米胶束实现肺转移瘤的精准成像

英文原题：Site-Specific Cascade-Activatable Fluorogenic Nanomicelles Enable Precision and Accuracy Imaging of Pulmonary Metastatic Tumor通讯作者：高学云 北京工业大学，苏冬冬 北京工业大学作者：Xueqian Chen, Jiatian Liu, Yong Zhang, Xueyun Gao,* and Dongdong Su*研究背景癌症的发展经常伴有肿瘤转移，转移性癌症的进展难以预测和管理，这导致了惊人的高发病率和死亡率。肺转移瘤由于具有体积相对较小、软组织对比分辨率有限、与周围正常组织边界不清晰的特征，对其准确的检测和定位仍然面临着重大的挑战。因此，如何实现在体内监测隐匿的肺转移肿瘤，对其实时精准定位，具有非常重要的临床医学价值。原位特异性激活荧光探针的发展显著增强了对肿瘤的灵敏识别，使肿瘤转移灶的精确检测和定位成为可能。然而，基于单一刺激激活的荧光探针对复杂生物系统中隐匿病灶的检测特异性有限。原位特异性级联激活策略能够根据肿瘤微环境刺激程序化响应（如可改变大小和电荷的行为、可激活荧光），进而产生低背景和高信噪比的成像信号，有助于实现隐匿转移灶的高特异性检测及精准诊断。因此，原位特异性级联激活荧光探针设计策略将为隐匿性肺转移瘤的特异性诊断提供机会。本文亮点北京工业大学高学云教授和苏冬冬教授采用原位特异性级联激活策略，设计并合成了一种能够精准识别微小肺转移灶的近红外荧光纳米胶束HPNs（图1）。该纳米胶束具有程序化的级联响应特性，以pH超灵敏的嵌段共聚物（PEG-b-(DPA-r-AMA））为载体，表现出pH超灵敏的尺寸响应，以区分酸性肿瘤细胞和正常组织；然后与硝基还原酶（NTR）可激活的荧光报告基团hCy-NO2偶联，以识别肿瘤部位过表达的NTR酶，实现特异性荧光激活效果。在生理条件下，HPNs以纳米胶束状态存在且无荧光信号，通过EPR效应延长血液循环时间并优先在肿瘤组织中蓄积。由于其超灵敏的pH响应特性，HPNs在酸性肿瘤微环境中迅速解离为单体以促进功能基团在肿瘤细胞的深入穿透和滞留，同时裸露出笼闭的成像分子。随后，质子化的单体可高效进入肿瘤细胞，通过细胞内NTR酶特异性激活，产生增强的荧光信号。级联激活策略确保HPNs在血液循环和健康组织中保持无荧光状态，有效降低背景信号，显著提高病灶部位荧光信号的保真度。基于原位特异性级联激活策略设计的荧光探针成功实现了原位乳腺癌及其微小肺转移灶的高信噪比成像和精准诊断，相关工作以“Site-Specific Cascade-Activatable Fluorogenic Nanomicelles Enable Precision and Accuracy Imaging of Pulmonary Metastatic Tumor”为题，发表于JACS Au 期刊（DOI: 10.1021/jacsau.4c00356）。图1. 原位特异性级联激活荧光纳米胶束HPNs用于肺转移瘤的精准成像示意图图文解读本文首先研究了探针的pH触发尺寸大小转换过程（图2）。在中性条件下，叔胺基团为疏水段，PEG-b-(DPA-r-hCy-NO2)在水溶液中自组装形成致密的纳米胶束HPNs，动态光散射（DLS）尺寸为50 nm。在酸性条件下，叔胺基团发生质子化，纳米胶束HPNs解离为单体，DLS尺寸约为10 nm。值得注意的是，pH 刺激前后的粒径变化显示了该纳米胶束灵敏的 pH 响应性能（△pH≈0.4）。同时，HPNs的pKa为6.6，与肿瘤细胞外pH范围（pH 6.5-7.0）精确匹配。这表明HPNs能够灵敏地感知肿瘤组织和正常组织之间细微的pH值差异。 随后监测其pH和NTR酶触发程序化的荧光级联激活过程。在pH 7.4条件下，无论NTR酶是否存在，HPNs的近红外区均无荧光。这是由于纳米结构阻碍了内部信号报告基团的NTR水解。同样，由于报告基团处于笼闭状态，在pH 6.4条件下纳米探针HPNs解离为单体却没有发生荧光增强效果。值得注意的是，在pH 7.4条件下添加NTR酶，HPNs在725 nm处的近红外荧光显著增加。这些结果表明，pH和NTR酶能够程序化地触发该纳米胶束的荧光级联激活过程，有助于保证复杂生物系统中成像的准确性和信号保真度。之后，进一步研究HPNs对pH变化的荧光响应灵敏性。在NTR酶存在的情况下，pH > 6.8时，HPNs的荧光强度可忽略不计。然而，当pH值降至6.6时，NIR荧光略有增加，在pH=6.4时荧光信号完全开启，表明HPNs在0.4 pH单位范围内表现出明显的荧光激活，这与不同pH条件下HPNs的DLS变化结果一致。图2. 级联激活纳米胶束的化学结构、pH和NTR酶介导的尺寸和荧光级联激活过程。接下来，本文进一步研究细胞水平中pH和NTR酶介导的荧光级联激活过程。众所周知，肿瘤细胞中NTR的表达水平与缺氧水平呈正相关。所以，为了诱导肿瘤细胞中产生不同水平的内源性NTR，我们将细胞在低氧条件（1%低氧、5%微缺氧和21%常氧）下预孵育。如图3所示，由于正常氧气环境下4T1细胞内源性NTR酶表达水平相对较低，HPNs预处理的4T1细胞在常氧和pH 6.4条件下荧光可忽略不计。此外，在pH 6.4时，随着氧含量的降低，细胞的荧光强度逐渐增加。由于HPNs致密的纳米结构阻碍了NTR酶进一步激活内部报告基团，在缺氧条件下pH 7.4时4T1细胞中的荧光可以忽略。只有酸性和NTR酶共同介导下，HPNs才会在4T1细胞中显示出明亮的荧光信号。另一方面，在双香豆素预处理的4T1细胞实验组中，由于双香豆素抑制NTR酶活性，即使在pH 6.4的缺氧条件下，其荧光仍未开启。这证明了双香豆素对NTR酶的有效抑制和HPNs对NTR酶的高选择性。因此，肿瘤酸性环境和NTR酶的协同刺激保证了细胞内的特异性成像和准确检测。细胞成像实验验证了该纳米胶束在酸性和高表达的NTR酶作用下显示出明亮的荧光信号和有效的细胞摄取，有力地证实了纳米结构和程序化级联激活特性的结合可以进一步促进细胞内化，实现细胞水平的高保真荧光成像。图3. 细胞水平验证pH和NTR酶介导的荧光级联激活过程最后，本文深入研究了HPNs在肺转移模型中的特异性精确成像能力，通过静脉注射荧光素酶标记的4T1细胞建立乳腺癌肺转移模型（图4）。首先通过生物发光（BL）成像检测肺转移的存在和定位。如图4所示，NIR荧光图像清晰地展示肺转移灶位置，且定位准确，与体内观察到的肺转移瘤BL信号相对应，证实了级联激活荧光纳米胶束HPNs识别转移瘤的能力。活体成像结果显示，肺转移小鼠肺部转移瘤的荧光强度逐渐增强，并在7 h内保持持续的高强度荧光，而健康小鼠肺部的荧光信号可以忽略不计。因此，HPNs可以高选择性地识别肺转移瘤，以高信噪比成像清晰定位肺转移病灶位置，实现对肺转移病灶和邻近正常组织的显著区分。肺转移小鼠的离体肺组织成像和HE染色结果进一步证实了HPNs对肺转移病灶的精确定位。值得注意的是，肺转移小鼠模型的三维（3D）重建图像和小鼠剖面轮廓图可以对HPNs的荧光信号（红色信号）和肺转移瘤的生物发光信号（绿色信号）进行共定位分析。在不同角度的体内多模态成像剖面图中，可以观察到HPNs的荧光信号和肺转移瘤的生物发光信号发生显著重叠，实现对肺转移灶的特异性靶向成像。这些结果有力地证明，由于有效的程序化级联激活特性（响应肿瘤酸环境和高表达的NTR），HPNs对肺转移瘤具有高特异性识别和有效靶向作用，能够实现肺转移瘤的实时追踪。图4. 肺转移小鼠模型中级联激活荧光成像结论与展望综上所述，本文发展了一种能够实时追踪肺转移瘤的原位特异性级联激活的荧光纳米胶束HPNs。该纳米胶束由pH超灵敏的嵌段共聚物和NTR可激活的信号基团构成。HPNs由于其超敏感的pH响应特性，在酸性肿瘤微环境中解离为单体，并在高水平的NTR激活下表现出显著的荧光增强效果，使肺转移瘤的精准识别成为可能。HPNs的程序化级联激活特性有效解决了单一刺激策略准确性和可靠性低的问题，保证探针在病灶部位的特异性精准识别，从而实现了乳腺癌原位肿瘤及其肺转移灶在活体内的高信噪比成像和精准诊断。基于原位特异性级联激活策略设计的pH超灵敏纳米胶束不仅为实现特异性可视化检测肺转移瘤提供了一种重要的研究思路，而且为其他难诊疾病的特异性诊断提供一种通用的潜在平台。 文章的第一作者为北京工业大学博士研究生陈雪倩。通讯作者为北京工业大学高学云教授和北京工业大学苏冬冬教授。该研究获得国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目等多个基金的支持。本文为开放获取文章扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文JACS Au 2024, 4, 7, 2606–2616Publication Date: June 24, 2024https://doi.org/10.1021/jacsau.4c00356 Copyright © 2024 The Authors. Published by American Chemical Society. This publication is licensed under CC-BY-NC-ND 4.0.关于 JACS Au主编：Christopher W. Jones（Georgia Institute of Technology）2023年期刊指标：JACS Au 是美国化学会于 2020 年推出的一本完全开放获取期刊，是 JACS 的姊妹刊，于 2021 年 1 月出版第一期，其宗旨是发表在整个化学及所有与化学交叉的相关领域快速传播具有高度影响力的前沿研究成果。JACS Au 沿用与JACS 相同的卓越标准进行编辑和出版。JACS Au 拥有一支完全独立的编辑团队，他们将从需要或希望在开放获取期刊上发表的研究成果中挑选出最激动人心、最具影响力和新颖性的研究工作。点击“阅读原文”
来源： JACS Au 2024-08-15

山东大学程世博教授团队JPCL | 非创性定向外加电场策略构建非壳层依赖的铝基超原子

英文原题：Beyond Shell-Filling: Strong Enhancement of Electron Affinity of Metal Clusters through a Noninvasive Oriented External Electric Field通讯作者：程世博（山东大学）作者：Li-Ye Liu, Jun Li, Si-Qi Liu, Shi-Hu Du, Muhammad Bilal Ahmed Siddique, Lei Zhang, Yuxiang Bu, and Shi-Bo Cheng*超原子是团簇科学中的前沿和研究热点。其中，超卤素因其高电子亲和势和强氧化性，在化学合成与分析领域扮演着不可或缺的角色。此前，超卤素的设计主要依赖于经典的电子计数法则，如Jellium模型、Wade-Mingos规则、18电子规则等。这些模型的局限性在于需要改变团簇的内禀性质，如壳层排布、价态等，在实验中很难做到电子性质的精准调控。因此，开发在不改变团簇壳层填充和组成的情况下构建超原子的新策略具有重要意义。2022年，山东大学程世博教授团队利用第一性原理理论计算，发现有机配体CNC6H4NC可以在不改变团簇壳层结构的基础上显著降低金属团簇的电离势（IP）形成超碱金属（Nano Res. 2022, 15, 1162-1170）。而对于另外一类典型超原子（超卤素），是否也存在类似构建策略的问题一直悬而未决。基于课题组近期在外场调控团簇电子性质，构建新型超原子的研究基础（外加定向电场（J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 1093-1099; J. Phys. Chem. A 2022, 126, 29）、配体场（Nanoscale 2019, 11, 19903-19911; Nano Res. 2022, 15, 1162-1170）、溶剂场（Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 108222）和多场耦合（J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 3942-3948）），山东大学程世博教授团队通过引入定向外加电场（OEEF），利用DFT计算发现OEEF可以在保持团簇几何结构和超原子态不变的情况下，显著提升团簇的EA值，使其转变为超卤素。这一发现表明，OEEF对团簇电子性质的调控作用与其壳层填充无关，与传统的超原子设计方法有着本质区别。该工作系统探究了OEEF对不同壳层排布铝基团簇Al12X（X = Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb和Bi）EA的影响，发现一定强度的OEEF在保持团簇几何构型的基础上，可以明显的提升团簇的EA（图1），成功构建超卤素。此外，该工作还发现EA值的增强与OEEF强度之间存在可量化的函数关系，这进一步凸显了OEEF在精确、连续调控金属团簇EA值方面的优势。图1. 计算得出的（a）中性Al12Ge簇的最低能量结构和（b）Al12As簇的最低能量结构，以及（c）Al12Ge和（d）Al12As簇在沿-z方向不同OEEF强度下的EA值。探究OEEF对这些团簇电子壳层结构的影响是该工作的核心目标。以40 e¯（Al12Ge）和41 e¯（Al12As）簇为代表，图2展示了它们的分子轨道（MOs）。当受到沿-z轴方向的0.028 au OEEF作用时，Al12Ge和Al12As的超原子MOs都保持完整。因此，这些计算结果证实了OEEF可以显著改变铝基超原子簇的电子性质，产生超卤素，而不会改变其元素组成、几何结构和团簇的壳层填充。图2. （a）Al12Ge，（b）OEEF作用下（F-z = 0.028 au）的Al12Ge，（c）Al12As和（d）OEEF作用下（F-z= 0.028 au）的Al12As的占据分子轨道等值面图。此外，为了评估理论设计在实验上的潜在可行性，该工作通过将Al12Ge团簇放置在氢原子饱和的石墨烯分子片（表示为Al12Ge@graphene）上设计了一个模型系统（图3）。结果证实，OEEF可以大幅提升裸簇和负载簇的EA值，而不会破坏团簇的壳层填充，这种行为与传统的电子计数规则不同。该工作的研究结果为理解在不改变团簇壳层排布的情况下构建新型超碱金属和超卤素这一难题增添了关键一环。图3. （a）中性和阴离子Al12Ge@graphene的优化几何形状，以及（b）不同OEEF强度下Al12Ge@graphene的EA值。综上所述，该工作系统研究了OEEF对不同壳层排列铝基团簇电子亲和能（EA）的影响。结果显示，OEEF可以在保持团簇几何结构和超原子态不变的情况下，精确、连续地提升团簇的EA值，使其转变为超卤素，这一发现表明，OEEF对团簇电子性质的调控作用与其壳层填充无关，与以往的超原子设计方法有着本质区别，为在外场影响下合成超原子提供了新的思路。这一成果近期发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 上，论文的第一作者是山东大学2021级硕士研究生刘立烨。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）：Beyond Shell-Filling: Strong Enhancement of Electron Affinity of Metal Clusters through a Noninvasive Oriented External Electric FieldLi-Ye Liu, Jun Li, Si-Qi Liu, Shi-Hu Du, Muhammad Bilal Ahmed Siddique, Lei Zhang, Yuxiang Bu, and Shi-Bo Cheng*J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 27, 7028–7035Publication Date: July 1, 2024https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c01065 Copyright © 2024 American Chemical Society导师介绍程世博，2011年于中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室获物理化学理学博士学位(导师：韩克利研究员)。2011年起于美国宾夕法尼亚州立大学化学系Castleman院士课题组从事博士后研究工作。2016年10月起就职于山东大学化学与化工学院。长期从事与能源、催化、电化学相关的新型团簇设计、合成、表征及功能化的研究工作。先后在JACS, PNAS, CCS Chem., JPCL, JMCA等国际知名学术期刊发表研究论文60余篇。曾获2015年PNAS Cozzarelli Prize (排名第一)。欢迎对团簇及低维材料实验及理论感兴趣的同学及青年才俊加入团队。https://faculty.sdu.edu.cn/shibo_clusters/zh_CN/index.htm https://www.x-mol.com/university/faculty/177373 （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry Letters 2024-08-05

安徽中医药大学JMC | 靶向“难成药”蛋白MYC的小分子抑制剂研发取得新进展

英文原题：Directly Suppressing MYC Function with Novel Alkynyl-Substituted Phenylpyrazole Derivatives that Induce Protein Degradation and Perturb MYC/MAX Interaction通讯作者：马晓东、汪洋（安徽中医药大学）；占文虎（碳云智能（iCarbonX））作者：Can Zhao, Fang Zhao, Liuqing Yang, Yang Wang*, Henian Wang, Fang Fang, Haojie Zuo, Zhi Li, Ge He, Wenhu Zhan*, and Xiaodong Ma*文章亮点核转录因子MYC位于Wnt、Ras、PI3K等关键致癌蛋白下游，过表达于70%以上的恶性肿瘤中，可介导细胞恶性增殖、肿瘤血管新生、微环境改变及化疗耐药。由于MYC的以上特性，抑制其功能有望获得广谱抗癌效果。然而，靶向MYC的药物研发征途漫漫，充满挑战。MYC因其天然无序性和缺乏典型的小分子结合口袋，长期以来被视为“难成药”（“Undruggable”）靶标。尽管研究者基于干扰MYC/MAX二聚等思路，发现了一些直接抑制MYC功能的化合物，但其普遍存在活性低、物化、PK性质差、安全性欠佳等缺陷。因此，直接干预MYC功能的小分子抑制剂研发具有较大技术瓶颈。近日，安徽中医药大学马晓东/汪洋团队与碳云智能（iCarbonX）：深圳碳云智肽药物科技有限公司占文虎博士合作，在药物化学顶级期刊Journal of Medicinal Chemistry 发表研究论文，报道了一类直接干预MYC功能的新型小分子抑制剂（图1）。代表性分子Cpd. 37在前列腺癌异种与同种移植瘤模型中均表现出优异的抗癌效果，凸显了其作为MYC靶向药物的进一步发展前景。图1. 具有显著体内药效的小分子MYC抑制剂。MYCi975是迄今为止报道的靶标确证最完善且有体内药效的MYC抑制剂 [1]。针对其水溶性与药效的不足，该研究通过开展基于结构的药物设计、合成，获得了Linker末端含亲水基团的炔基取代苯基吡唑衍生物。其中，Cpd. 37对包括PC-3在内的10余种肿瘤细胞系均展现出显著的抗增殖活性。Western Blot表明，Cpd. 37可剂量依赖性地诱导MYC降解。随后，该研究综合采用CETSA、Co-IP、MYC转录活性分析等化学生物学手段，证实Cpd. 37可通过靶向MYC、阻遏MYC/MAX互作、干扰二聚体与E-box的结合，抑制MYC功能。在体外抗增殖、MYC降解、Co-IP及MYC转录活性实验中，其表现均显著优于MYCi975。在确证Cpd. 37对裸鼠前列腺癌异种移植瘤模型药效的基础上，研究团队采用免疫健全的FVB小鼠构建了同种移植瘤模型，并进一步评价了Cpd. 37的体内药效（图2）：Cpd. 37在10、30和50 mg/kg剂量下的抑瘤率分别为37、67和85%，且在50 mg/kg下，药效显著优于MYCi975。所有受试剂量下，动物体重无下降，主要器官HE染色未见明显损伤。该药效实验亦表明，Cpd. 37除单药使用外，还与肿瘤免疫疗法有潜在联用价值。图2. Cpd. 37对FVB小鼠前列腺癌同种移植瘤的治疗效果。总结/展望该研究为靶向MYC的抗癌药物研发提供了重要借鉴。马晓东副教授、汪洋副研究员和占文虎博士为论文通讯作者，安徽中医药大学硕士研究生赵灿、赵芳和杨柳青为共同一作。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文J. Med. Chem. 2024, ASAPPublication Date: July 11, 2024https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c00272 Copyright © 2024 American Chemical Society参考文献：1. Han, H.; Jain, A. D.; Truica, M. I.; Izquierdo-Ferrer, J.; Anker, J. F.; Lysy, B.; Sagar, V.; Luan, Y.; Chalmers, Z. R.; Unno, K.; et al. Small-molecule MYC inhibitors suppress tumor growth and enhance immunotherapy. Cancer Cell 2019, 36 (5), 483−497.e15.Editor-in-ChiefCraig W. LindsleyVanderbilt University Medical CenterThe Journal of Medicinal Chemistry发表分子结构与生物活性或作用模式之间关系的相关研究。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision6.812.828.1
来源： Journal of Medicinal Chemistry 2024-08-01

上海交通大学Chem. Mater. | 异质结界面稳定富电二维铂提升H+电还原活性

英文原题： 2D Pt Metals at Rectifying Interface with Pronounced Negative Charge Density for Electrocatalytic Reduction Reactions通讯作者：李新昊教授、刘晰教授（上海交通大学）作者：Peng Gao (高朋), Zhouhong Ren (任洲宏), Qi-Yuan Li, Shi-Nan Zhang, Qian-Yu Liu, Jing-Wen Li, Wei-Yao Hu, Panzhe Qiao, Dong Xu, Si-Yuan Xia, Xi Liu (刘晰)*, Jie-Sheng Chen, and Xin-Hao Li (李新昊)*贵金属催化剂因其优异的催化活性，在光催化、电催化和有机合成中得到了广泛应用。鉴于贵金属的稀缺性和高成本，优化贵金属的原子利用率对社会追求可持续能源发展至关重要。二维金属的超薄结构和丰富的金属活性位点能够极大限度地提高原子利用率。然而，由于二维金属具有极高的表面能，在热力学上，金属原子自发形成二维金属是不利的。尽管通过使用有机配体能够控制金属沿着特定晶体取向生长来制备二维金属，但很难将表面活性剂从金属表面完全去除，导致部分活性位点被掩盖，对催化带来负面影响。针对上述问题，上海交通大学李新昊教授（点击查看介绍）课题组和刘晰教授（点击查看介绍）课题组利用异质结界面电子诱导策略制备了具有干净表/界面的二维金属异质结材料（2D-Pt/NC）。如图1所示，在电流的驱动下，吸附于二维氮碳载体上的铂原子（a-Pt/NC）发生结构重构，导致电流密度逐渐增大。结合球差校正环境扫描透射电子显微镜暗场像（ESTEM-DF）、二次电子成像（ESTEM-SE）和电子能量损失谱（EELS）技术，作者对形成的二维铂金属的厚度进行了准确定量，得到二维铂金属的厚度为1.3 nm，成功构筑了二维铂/氮碳异质结。图1. 2D-Pt/NC催化剂的制备和形貌结构。X射线吸收精细结构谱（XAFS）和X射线光电子能谱（XPS）揭示了离子相Ptx+还原成金属相Pt0过程中伴随着Cl-的去除，从而形成具有干净表面的二维铂金属（图2）。相比于铂纳米颗粒，二维铂金属具有更低的Pt-Pt配位数，这是2D-Pt/NC催化剂中独特的二维铂结构中内层Pt-Pt原子比例减少带来的配位数的下降。即使没有明显的金属-载体成键作用，由功函差驱动的界面电子交换在稳定二维铂金属方面起到了关键作用，使2D-Pt/NC具有更低的形成能。图2. 2D-Pt/NC催化剂的形成机制。如图3所示，DFT理论计算和XPS实验证明了二维铂异质结（2D-Pt/NC）相比于铂纳米颗粒异质结（np-Pt/NC）具有更强的界面电子交换作用，使二维铂金属的富电性增强。此外，当以石墨烯（Gr）为载体，利用相同的原位电化学方法制备Pt/Gr催化剂时，由于金属和载体之间没有形成有效的整流界面，制备得到的金属铂呈球形纳米颗粒结构，其厚度明显高于2D-Pt/NC中二维铂的厚度。图3. 2D-Pt/NC催化剂的电子结构。2D-Pt/NC异质结催化材料在电催化析氢和电催化苯酚加氢反应中均呈现优异的催化性能（图4）。在电催析氢中，富电二维铂促进了H+的还原，显著降低了Volmer步骤（H+ + e- → H*）的能量，使得2D-Pt/NC获得67.3 A mgPt-1的质量活性，相比于np-Pt/NC和商业Pt/C，分别提高4.7倍和16.8倍。此外，在以水为质子源的电催化苯酚加氢反应中，富电二维铂有效降低了苯酚加氢反应限速步骤（*C6H5OH + H → *C6H6OH）的能量，使得2D-Pt/NC获得117 h-1的TOF值，相比于np-Pt/NC和商业Pt/C，分别提高2倍和4倍。并且，在连续15次的循环中，苯酚转化率和环己醇选择性均保持在99%以上。图4. 2D-Pt/NC催化剂的电催化性能。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）：2D Pt Metals at Rectifying Interface with Pronounced Negative Charge Density for Electrocatalytic Reduction ReactionsPeng Gao, Zhouhong Ren, Qi-Yuan Li, Shi-Nan Zhang, Qian-Yu Liu, Jing-Wen Li, Wei-Yao Hu, Panzhe Qiao, Dong Xu, Si-Yuan Xia, Xi Liu*, Jie-Sheng Chen, and Xin-Hao Li*Chem. Mater., 2024, 36, 13, 6627-6636Publication Date: June 22, 2024https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c01226 © 2024 American Chemical Society导师介绍李新昊https://www.x-mol.com/university/faculty/12558 刘晰https://www.x-mol.com/university/faculty/354791 （本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2024-07-22

西湖大学窦文杰团队JPCC | 光与物质相互作用引入新的非绝热动力学效应——贝里相力

英文原题：Floquet Nonadiabatic Nuclear Dynamics with Photoinduced Lorentz-like Force in Quantum Transport通讯作者: Vahid Mosallanejad, 窦文杰（西湖大学）作者: 陈京麒，柳伟 波恩-奥本海默近似是现代物理化学的重要基石之一，它基于分子或固体系统中电子和核运动的分离。然而，当处理近简并的多电子态时，波恩-奥本海默近似可能会严重失效。电子阻尼模型提供了波恩-奥本海默近似的一级修正，用于研究金属表面的非绝热动力学。摩擦张量是电子阻尼模型中的核心概念，可进一步分为“对称”和“反对称”部分。对称部分的摩擦张量导致能量向环境的耗散，被广泛用于理解表面散射过程中的能量弛豫。反对称摩擦张量对核运动的影响类似于洛伦兹力，引起核的圆周远动，它不会影响能量耗散。然而，反对称部分及其对非绝热动力学的影响则未受到太多关注。基于一些早期研究，它在两种特定情况下是不为零的。首先，当分子导体中有稳恒电流流动时，反对称部分可能不为零，这可以解释为电流诱导的贝里相力（Berry force）。其次，旋轨耦合（或复数哈密顿量）也会在无电势差的情况下导致产生贝里相力。最近，西湖大学窦文杰团队利用Floquet理论专门探讨了光诱导的贝里相力。在引入光后（即使无电势差），反对称摩擦张量不再为零，表明光-物质相互作用可独立产生贝里相力。此外，当光-物质相互作用较大时，反对称摩擦可能大于对称摩擦。因此，光诱导贝里相力对核运动的影响不容忽视。图1. 不同电势差和不同强度和频率的光对摩擦张量和核运动轨迹的影响从图1中可以看出，在类洛伦兹力和势能的共同作用下，核最终会做圆周运动。不过，即使在相同的电势差条件下，外加的光的频率和光强的改变也会大幅影响摩擦张量的分布和数值大小，从而影响核的运动轨迹。图2. 不同电势差和不同频率的光对电子电流的影响由于核运动会影响电子输运，从图2中可以看出，外加的光可以在不同情况下增加或削减电子电流，所以可以在不同的电势差下找到一个能最大化电子电流的光频率。总结来看，光诱导的类洛伦兹力的确会对非绝热动力学产生显著的影响。近期，Teh等人发现自旋轨道耦合也会产生类洛伦兹Berry力，这种Berry力显著放大了电子电流的自旋极化。展望未来，窦文杰团队计划研究光-物质相互作用对分子结中对自旋电流的影响。能否利用光来控制手性诱导的自旋选择性呢？他们将持续推进相关的研究。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）：Floquet Nonadiabatic Nuclear Dynamics with Photoinduced Lorentz-like Force in Quantum TransportJingqi Chen, Wei Liu, Vahid Mosallanejad*, and Wenjie Dou*J. Phys. Chem. C, 2024, XXXX, XXX, XXX-XXXPublication Date: June 26, 2024https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c00969 © 2024 American Chemical Society通讯作者简介窦文杰 研究员窦文杰，博士毕业于宾夕法尼亚大学，现为西湖大学特聘研究员，理论计算化学实验室独立PI，博士生导师。课题组长期致力于从事激发态电子结构（excited-state electronic structure theory）和多体非绝热动力学（many-body nonadiabatic dynamics）理论研究工作。欢迎对理论计算化学感兴趣的本科生及研究生申请课题组博士研究生。同时课题组诚聘博士后和助理研究员（即将或已经获得博士学位），实验室将提供优厚的个人待遇和有力的职业发展支持。谷歌学术：https://scholar.google.com/citations?user=TBFw_3AAAAAJ&hl=zh-CN&oi=ao 课题组官网：https://dougroup.westlake.edu.cn/index.html 电子邮箱：douwenjie@westlake.edu.cn （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry C 2024-07-10

北京大学JCTC | 高温分子动力学的概率密度重加权方法

英文原题：Probability Density Reweighting of High-Temperature Molecular Dynamics通讯作者：吴云东（北京大学）作者：陈家楠，代博涛分子动力学（MD）是研究生物大分子结构和功能的重要计算方法。然而，MD计算速度较慢，通常只能达到微秒的时间尺度，而一些重要的生物学过程，例如蛋白质折叠、蛋白质与配体结合，需要毫秒甚至更长的时间才会发生。高分子动力学（HT-MD）通过提高模拟温度来增高构象之间的交换速度，是一个简单有效的不依赖集合变量的采样方法。对于蛋白质环区的模拟表明，HT-MD的计算速度比经典的副本交换分子动力学（REMD）快几十倍。HT-MD已经被用来预测蛋白质-多肽复合物的结构，研究酶的构象变化，评估小分子与蛋白的结合强弱。但是，高温模拟得到的构象分布与常温时的显著不同，目前缺乏一个重加权方法，能够将高温时的分布准确的还原成低温时的分布。本文中，作者提出了一种基于概率密度的重加权方法——密度重加权。密度重加权首先计算高温模拟中每个构象的概率密度，然后基于不同温度时构象概率密度的关系，计算每个构象在常温时的权重，从而进行重加权。作者对该方法在迷你蛋白（5awl）、环肽（ZUKRAY）、蛋白质环区（5w0g）和蛋白质-多肽复合物（2o9v）四个不同的体系上进行验证。为了比较体系在不同温度时的构象分布，作者对迷你蛋白和环肽进行了REMD模拟来获得体系在不同温度时的构象分布。作者计算了构象在不同温度时的概率密度（p）负对数值 -log(p)，-log(p)与构象自由能成正比。如图1所示，HT-MD 和REMD得到的-log(p) 存在显著的线性关系。这表明高温模拟包含了低温模拟的信息，可以基于构象在高温时的概率密度计算它在低温时的概率密度，从而计算每个构象的权重。图1. 构象在高温模拟和REMD模拟的-log(p) 存在线性关系。(a) 迷你蛋白质；(b) 环肽。接下来，作者通过主成分分析法（principal component analysis，PCA）降维来描述每个体系在高温和低温时的构象分布，并且对高温时的构象分布分别进行了密度重加权（density reweighting）和数量重加权（population reweighting）。数量重加权是一种传统的基于直方图的重加权方法。结果表明，高温分布和低温分布形状类似，但是更加平滑，高温分布经过密度重加权后，与低温分布非常接近，而经过数量重加权后，和低温分布仍有明显差异。图2. 高温、低温以及高温经过密度重加权或数量重加权后的构象分布。(a) 迷你蛋白质；(b) 环肽。最后，作者将密度重加权应用于蛋白-多肽复合物的构象研究。作者对12个蛋白-多肽复合物进行了600 K的高温模拟，结果总结在表1。高温模拟能够频繁的采样到多肽的结合过程，但是未经重加权时（Before reweighting），最稳定的构象（# 1）在大部分情况并不是晶体结构相对应的构象，仅1sfi、2v8c、3zgc 较好（# 1有小的RMSD）。但是经过重加权后（after reweighting），最稳定的构象（# 1）在大部分情况都成为晶体结构相对应的构象。这表明密度重加权能够准确地得到常温时复合物的最稳定构象。表1. 蛋白-多肽复合物的高温模拟轨迹经过密度重加权前后的前三类比例结论与展望本文提出了一种新颖且准确的高温模拟的重加权方法——密度重加权。密度重加权使用简单，仅需要计算每个构象的概率密度。密度重加权与高温分子动力学的结合为研究人员提供了一种简单而又强大的增强采样策略，能够精细地描述环状多肽、蛋白质环区、蛋白质多肽复合物等复杂体系的构象分布，可以被用来研究天然无序蛋白质的构象和动力学。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）：Probability Density Reweighting of High-Temperature Molecular DynamicsJia-Nan Chen, Botao Dai, and Yun-Dong Wu*J. Chem. Theory Comput., 2024, 20, 12, 4977–4985Publication Date: May 17, 2024https://doi.org/10.1021/acs.jctc.3c01423 Copyright © 2024 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2024-07-01

厦门大学JCTC | AlphaTraj：基于子口袋的蛋白质口袋动力学分析软件

英文原题：Subpocket-Based Analysis Approach for the Protein Pocket Dynamics通讯作者：曹泽星（厦门大学）作者：Nan Lv（吕楠）and Zexing Cao（曹泽星）*蛋白质口袋的结构和动态性质显著影响其生物功能，对酶工程和新药研发至关重要，目前已有一些软件工具用于蛋白质口袋性质分析。在蛋白质动力学弛豫过程中，由于其口袋信息的复杂性和多样性，合理描述口袋的动态结构与演化特性还需要分析方法的进一步完善与发展。厦门大学曹泽星教授（点击查看介绍）课题组基于分子动力学轨迹，提出并测试了计算分析口袋动态性质的策略，开发了名为AlphaTraj的软件工具。该方法将整个蛋白质口袋划分成若干子口袋，并检测这些子口袋的各种性质，如存活时间、稳定性和相关性。与当前其他类似平台工具相比，该方法提供了对蛋白质口袋动态演变更高分辨率的定量表征。在此基础上，作者又进一步开发了用于评估子口袋和整个口袋质量的打分函数，并进一步实现了用于配体对接和配体优化的自动构象搜索功能。这些功能有助于深入了解蛋白质口袋的动态特性，有助于加速蛋白质工程、抑制剂和小分子药物的设计。该软件可在GNU GPL许可下免费获取 [1]。该工作近日发表于Journal of Chemical Theory and Computation 杂志，论文的第一作者为吕楠博士。AlphaTraj主要有以下三方面的功能：1. 搜寻最佳口袋构象及指导配体优化通过口袋打分，程序能够自动搜寻分子动力学轨迹并挑选出适合于对接的构象。通过子口袋打分，能够明确口袋中的保守区域。图1a展示了Mpro蛋白别构位点（二聚体结合面）通过口袋打分寻找到的最佳口袋构象。排名1、2、4、6和10的子口袋相互连接形成一个整体，是整个结合面的稳定区域，适合针对该区域设计抑制剂。图1b展示了Mpro-Ensitrelvir复合物活性口袋的最佳口袋构象。5号子口袋平均占用率相对较低 (只有15%)，因此，对Ensitrelvir的优化可以针对5号子口袋方向进行。图1. 最佳构象的子口袋组成信息及其相应的表面示意图。(A) Mpro二聚体结合面; (B) Mpro-Ensitrelvir复合物中Mpro 的活性口袋。2. 分析子口袋间相互关系该软件可以对子口袋间的相互关系进行分析。共存率分析反应各子口袋之间在时间上同时存在的概率，相关性分析反应各子口袋间体积的变化趋势是否一致。这些分析有助于有策略地规划子口袋组合，以避免口袋间的不兼容。图2展示了Mpro-Ensitrelvir复合物活性口袋中各子口袋的相关性信息，其中，7号子口袋与其他子口袋的共存率较低，说明第7号子口袋基本不与其他子口袋同时存在。2号子口袋与多个子口袋之间存在负相关性。 图2. Mpro-Ensitrelvir复合物子口袋共存率矩阵和子口袋相关性矩阵3. 分析口袋形态的演化过程通过将口袋的构象变化转换成子口袋的组合变化，就可以捕捉到口袋的各种状态，并明确每种状态的演变及其相互关系。作者将子口袋的组合称为Group。图3展示了Mpro-Ensitrelvir复合物中活性口袋随时间演化的过程。g4（Group 4）是口袋最稳定的构象，g1和g4代表了口袋呼吸的两种状态，g1对应于口袋的扩张状态，而g4代表了口袋的收缩状态，更多详细的分析请参见原文。图3. 各Group的构象以及随时间演化的信息。(A) 各Group的表面示意图，(B)各Group随时间演化图，Group别名称位于左侧。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）：Subpocket-Based Analysis Approach for the Protein Pocket DynamicsNan Lv and Zexing Cao*J. Chem. Theory Comput. 2024, 20, 11, 4909–4920Publication Date: May 21, 2024https://doi.org/10.1021/acs.jctc.4c00476 © 2024 American Chemical Society参考资料：1. AlphaTraj下载地址https://github.com/dooo12332/AlphaTraj.git 导师介绍曹泽星https://www.x-mol.com/university/faculty/14099 （本稿件来自ACS Publications）
来源： Journal of Chemical Theory and Computation 2024-06-19
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