学术背景 钙钛矿材料因其在太阳能电池和其他电子器件中的广泛应用而备受关注。其光学性质（如带隙和晶格振动）可以通过调整化学组成来灵活调控。尽管从钙钛矿结构预测光学性质的研究已经较为成熟，但如何从光学数据反向预测化学组成却一直是一个难题。这一问题的解决对于加速钙钛矿材料的开发和生产具有重要意义，尤其是在大规模工业生产中，快速筛选和验证新材料的化学组成将极大地提高生产效率。 为了应对这一挑战，研究者们提出了一种结合高通量合成、高分辨率光谱技术和机器学习（特别是人工神经网络，ANN）的创新方法。通过这种方法，他们不仅能够高效合成多种化学组成的钙钛矿材料，还能够通过光学数据准确预测其化学组成。这一研究为钙钛矿材料的快速筛选和优化提供了新的工具。 论文来源 该研究由来自Michigan State Un...

研究背景 近红外（NIR）光在生物医学领域具有重要的应用价值，特别是在非侵入性高分辨率成像方面。近红外光能够穿透生物组织，并且在特定波长下（如800 nm）对氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有显著的吸收差异，这使得近红外光成为生物成像的理想光源。然而，现有的近红外发光材料普遍存在外部量子效率（EQE）低、发射带宽较宽的问题，导致信号噪声比低，限制了其在生物成像中的应用。 为了解决这一问题，研究人员开始探索稀土离子（如铥离子，Tm³⁺）作为近红外发光材料的潜力。铥离子具有尖锐的发射峰，能够实现高分辨率的近红外成像。然而，由于铥离子的4f/4f电子跃迁是宇称禁阻的，其吸收效率和量子产率较低，且容易受到非辐射弛豫的影响。因此，如何提高铥离子的近红外发光效率成为当前研究的重点。 论文来源 本论文由Kai...

学术背景 生物发光技术（bioluminescence）是一种高度敏感且非侵入性的成像技术，能够在活体生物中进行实时监测，而无需外部光源。荧光素酶（luciferase）是催化发光反应的关键酶，但天然荧光素酶存在诸多局限性，如蛋白质折叠不良、体积大、依赖ATP、催化效率低等。这些限制阻碍了生物发光技术在生物医学研究中的广泛应用。近年来，尽管通过定向进化（directed evolution）等方法对天然荧光素酶进行改造取得了一定进展，但仍无法完全克服这些局限性。 为了解决这些问题，研究团队利用基于深度学习的蛋白质设计方法，从头设计（de novo design）了一类新型荧光素酶，称为NeoLux系列。这些人工设计的荧光素酶不仅具有优异的催化效率、稳定性、体积小、不依赖ATP等特性，还能够与...

学术背景 在太阳能转化领域，分子催化剂因其高活性和结构可调性而备受关注。然而，大多数分子催化剂在均相条件下操作，不利于大规模和可回收利用。因此，将分子催化剂固定在固体载体上成为更具实际应用前景的研究方向。另一方面，窄带隙无机半导体作为稳定的可见光吸收材料，在光电催化（PEC）中表现出显著的耐久性。将分子催化剂固定在光吸收半导体上，被认为是实现太阳能转化（如水分解和二氧化碳还原）的有前途的方法，因为它结合了分子催化剂和半导体光吸收材料的优点。 然而，现有的策略在催化剂与半导体之间的电荷转移效率上往往表现不佳，导致催化活性不理想。因此，开发新的策略来构建高效的混合光电极成为当前研究的重点。本文提出了一种基于主客体相互作用的混合光阳极制备策略，通过将磷酰化环糊精（p-CD）固定在钨氧化物（WO₃）...

在合成化学领域，调控不同金属中心的数量和位置以实现协同、串联或合作效应一直是一个技术难题。多核异金属催化剂因其高选择性、级联生产和特定化学转化等优势而备受关注，但其高结构复杂性使得合成过程极为困难。共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）作为一种具有周期性分子排列和开放结构的材料，在制备异金属催化剂方面展现出巨大潜力。然而，传统COFs中的功能单元往往随机分布，难以实现金属离子的模块化和相互关联的排列，从而限制了其催化性能。 为了解决这一问题，来自中国东北师范大学的研究团队提出了一种分子配位印迹策略，通过调控COFs中单个金属中心的数量和位置，成功实现了多金属组装的高效催化。该研究不仅为异金属催化剂的合成提供了新思路，还为烯烃化合物的可持续氧化提供了...

背景介绍 活体细菌在生物医学领域的应用近年来引起了广泛关注。传统上，细菌被视为病原体，需要被消除。然而，随着现代细菌学的发展，人们逐渐认识到细菌与人体共生的复杂性及其在治疗、诊断和药物递送中的独特潜力。尽管化学工程为增强生物安全性和改善治疗效果提供了创新思路，但活体细菌在精准医学中的全面应用仍面临重大挑战。特别是，活体细菌进入人体后的命运、其生物过程的复杂性以及个体化治疗的多样性，都是亟待解决的问题。此外，人工智能和机器学习技术的引入，为设计和预测活体细菌与人体相互作用提供了新的可能性。 论文来源 这篇题为《Live Bacterial Chemistry in Biomedicine》的论文由来自哈佛医学院布莱根妇女医院纳米医学中心的Senfeng Zhao、Qian Chen、Qiman...

研究背景 天然产物（natural products）长期以来在药物发现中扮演着重要角色，提供了许多具有生物活性的化合物和药物开发的基本原则。然而，天然产物的合成研究不仅仅局限于药物领域，其在材料科学中的应用也逐渐受到关注。尤其是具有光响应特性的天然产物，因其在光开关材料（photoswitching materials）和光响应液晶（photoresponsive liquid crystals）等领域的潜在应用而备受关注。 securingine B是一种反热力学稳定的天然产物，其合成一直是一个具有挑战性的课题。与热力学更稳定的异构体secu’amamine D相比，securingine B的合成需要克服热力学偏向性。此前的研究表明，secu’amamine D可以通过光化学转化生成s...

尼古丁是烟草中的主要成瘾物质，通过激活大脑中的多巴胺奖励系统来促进吸烟行为。尽管尼古丁的成瘾机制已被广泛研究，但其在大脑中的具体作用路径，尤其是如何通过不同神经回路调控奖励和厌恶反应，仍然存在许多未解之谜。近年来，电子烟的使用在全球范围内迅速增加，尤其是在青少年中，这使得理解尼古丁成瘾的生理机制变得尤为重要。尼古丁通过与大脑中的尼古丁乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）结合发挥作用，这些受体由不同的α和β亚基组成，形成多种异源或同源五聚体结构。研究发现，尼古丁的低剂量和高剂量会引发不同的反应：低剂量通常产生奖励效应，而高剂量则可能引发厌恶反应。然而，这些反应的神经回路机制尚未完全阐明。 论文来源 这篇论文由Joachim Jehl...

学术背景 帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）是第二常见的神经退行性疾病，主要特征包括运动功能障碍、多巴胺能神经元的丧失以及α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）的异常聚集。尽管大多数PD病例的病因尚不清楚，但约有5%-10%的病例是由单基因突变引起的。SNCA基因编码的α-突触核蛋白是第一个被发现与常染色体显性遗传PD相关的基因。SNCA突变通常导致早发性PD，其中A53T突变是最常见的点突变之一。然而，α-突触核蛋白如何诱导神经退行性病变的机制仍然不明确。 自噬（autophagy）是细胞内清除受损蛋白质和细胞器的重要过程，也是α-突触核蛋白降解的主要途径之一。研究表明，α-突触核蛋白的过度表达或突变会抑制自噬，导致α-突触核蛋白的积累，进而引发PD...

研究背景 视觉系统是哺乳动物大脑中最为复杂的感官系统之一，其功能依赖于多个脑区的协同工作，尤其是丘脑（thalamus）和初级视觉皮层（V1）之间的信息传递。视觉信息的处理不仅涉及对光强、对比度、运动等基本特征的提取，还需要在复杂的自然场景中同时处理多种时空特征。尽管过去的研究已经揭示了视觉系统中神经元活动的许多细节，但关于视觉信息如何在丘脑-皮层环路中动态编码，尤其是在自然视觉刺激下的神经振荡活动，仍然存在许多未解之谜。 神经振荡（neural oscillations）是大脑活动的重要特征，通常表现为局部场电位（local field potential, LFP）中的周期性波动。这些振荡活动被认为在信息传递、特征编码和神经同步中起着关键作用。然而，大多数研究集中在人工刺激（如光栅或闪光...