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在創(chuàng)新中培養(yǎng)創(chuàng)新人才

扎實推進

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產教融合 協同育人

交大人，奮進！

近期，西安交大科研人員在柔性器件、雙極型有機場效應晶體管、錫基鈣鈦礦、新型醫(yī)用材料等領域相繼取得重要進展。

快跟著交小童一起來看看吧！

為交大科技硬實力打Call！

｜目錄｜

1、西安交大科研人員在柔性器件力學結構設計與智能柔性傳感領域取得突破

2、西安交大科研人員在慢性痛相關焦慮研究領域取得新進展

3、西安交大科研人員在雙極型有機場效應晶體管研究中取得新進展

4、西安交大科研人員實現基于雙功能分子的前驅體—溶液策略提高錫基鈣鈦礦的穩(wěn)定性

5、西安交大科研人員在新型醫(yī)用材料研究方面取得新進展

6、西安交大科研人員在消化道創(chuàng)面加速康復研究上取得新進展

7、西安交大科研人員在高性能環(huán)境氣體感知材料與器件領域取得新進展

8、西安交大科研團隊在二維材料-鐵電混合系統(tǒng)光電探測領域取得進展

9、西安交大科研人員發(fā)現不可見點缺陷復合體誘發(fā)鎢超高輻照硬化

10、西安交大科研人員在無限配位聚合物治療腫瘤領域發(fā)表綜述文章

#01

西安交大科研人員

在柔性器件力學結構設計

與智能柔性傳感領域取得突破

發(fā)表期刊

Matter

內容摘要

近年來，隨著重大疾病的流行與大眾健康觀念的提升，可穿戴健康監(jiān)測逐漸興起。人體皮膚應變是可穿戴健康監(jiān)測的一項重要指標，可全方位反映人體健康信息。但由于人體不同部位的皮膚變形幅度差異較大（兩個數量級），開發(fā)具有寬檢測范圍的廣域應變傳感器就變得尤為重要。

西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）的研究人員圍繞柔性器件力學結構設計的思路，受到蛇體表交錯重疊、可發(fā)生滑動以順應變形的鱗片啟發(fā)，開發(fā)了可延展的仿生疊覆鱗片結構。通常情況下，剛性材料在變形下的斷裂破壞是柔性器件開發(fā)中需要極力規(guī)避的問題，然而該鱗片結構卻“反其道而行”，通過變形下柔性基底上剛性薄膜的斷裂、重疊形成，利用相鄰疊覆鱗片之間的相對滑動順應外部變形，顯著降低剛性鱗片自身承受的應變，從而提升結構的可延展性（超過100%應變）。

仿生疊覆鱗片結構廣域應變傳感器。

（A）蛇皮表面交錯重疊的鱗片；

（B）疊覆鱗片結構PEDOT:PSS變形機理；

（C）疊覆鱗片結構PEDOT:PSS用于應變傳感；

（D）所開發(fā)疊覆鱗片結構PEDOT:PSS在廣域傳感中的優(yōu)勢；

（E）傳感器結構；

（F）所開發(fā)傳感器用于可穿戴脈搏監(jiān)測（小應變）；

（G）所開發(fā)傳感器用于可穿戴肢體運動監(jiān)測（大應變）。

研究人員以導電聚合物PEDOT:PSS為例，利用變形下PEDOT:PSS鱗片滑移產生的總體電阻變化，實現應變傳感，且傳感器檢測范圍及靈敏度可通過改變基底預拉伸幅度靈活調控，實現高靈敏度、寬范圍（1%~100%）應變傳感，相較于已有研究成果，應變傳感范圍顯著拓寬，進一步將傳感器貼附于人體表不同部位，實現了對于人體正常生理活動（如脈搏、發(fā)聲、吞咽、面部表情、肢體運動等）產生的不同幅度皮膚應變的有效傳感，展現了應用于可穿戴物理運動監(jiān)測、心理狀態(tài)評估的潛力。

文章作者

論文第一作者為西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）劉灝特聘研究員，BEBC徐峰教授、香港大學張世銘助理教授以及美國加州大學洛杉磯分校Ali Khademhosseini教授為共同通訊作者，西安交通大學為論文第一單位和通訊單位。

論文鏈接

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00304-0

BEBC主頁

http://bebc.xjtu.edu.cn/

#02

西安交大科研人員

在慢性痛相關焦慮研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

Cell Reports

內容摘要

慢性痛是一種嚴重的臨床疾病，除單純的疼痛感之外，還會引發(fā)焦慮、抑郁、恐懼等負性情緒，進而反向增加患者的疼痛感，形成疼痛-負性情緒-深度疼痛的惡性循環(huán)，極大損害患者身體健康，增加社會經濟負擔。據了解，全世界約20%的人口長期遭受該病痛的折磨。

前沿院卓敏教授團隊經過長期研究發(fā)現，慢性痛可以引起大腦皮層的突觸可塑性變化，這些變化與慢性痛的痛覺和焦慮行為密切相關，而大腦皮層前扣帶回區(qū)域（ACC）的突觸傳遞的長時程增強（LTP）則是慢性痛重要的分子機制。2015年，卓敏教授團隊在Neuron 雜志刊文，發(fā)現成年小鼠的皮層突觸存在一種依賴突觸前紅藻氨酸受體（KA受體）而不依賴NMDA受體突觸前LTP（即Pre-LTP）。在突觸水平上，Pre-LTP增強神經遞質的突觸前釋放，引起突觸后受體的敏化，并通過這種增強的突觸傳遞進一步導致焦慮和引起疼痛感覺加?。灰种芇re-LTP的表達，則可以減弱慢性痛動物的焦慮行為。

催產素（Oxytocin）是一種經典的神經垂體激素，由下丘腦中室旁核（PVN）和視上核（SON）的神經元合成釋放到血液中，主要促進分娩和哺乳，以及產生抗焦慮和鎮(zhèn)痛作用。諸多研究均表明，催產素可以減少人們的焦慮，增強社交能力，提高人們的幸福感覺，因此也被稱為“愛的激素”。研究表明，低焦慮水平的人群的腦脊液和血漿中催產素濃度比較高。但催產素消除焦慮、緩解或治療慢性痛的作用機制一直處于科研盲區(qū)。在中樞神經系統(tǒng)中，催產素還扮演神經遞質的作用，但催產素是否調節(jié)中樞突觸可塑性還不清楚。

卓敏教授團隊最近利用轉基因小鼠、光遺傳學、電生理學以及藥理學等綜合技術研究發(fā)現催產素可以選擇性地消除慢性痛導致的焦慮行為和焦慮相關的Pre-LTP，這種作用很可能是通過興奮大腦皮層的抑制性神經元產生的。在腓總神經結扎（CPN）的慢性痛小鼠中，用高架十字迷宮（EPM）和曠場實驗（Open field test）可以明顯檢測到小鼠的焦慮行為。當在ACC微量注射催產素的時候，可以顯著減少慢性痛導致的焦慮行為。進一步使用光遺傳的方法激活內源性催產素在ACC的釋放也可以顯著降低慢性痛相關的焦慮行為，而抑制內源性催產素的釋放對焦慮行為沒有明顯影響。通過電生理研究發(fā)現，外源或內源性催產素選擇性地抑制ACC神經元Pre-LTP的維持，而對Post-LTP沒有影響。催產素興奮抑制性中間神經元從而增強抑制性突觸傳遞，該作用受到GABAA受體和G蛋白偶聯受體調控的信號通路的調節(jié)。此外，在慢性痛動物中，還發(fā)現PVN的催產素濃度和ACC的催產素受體的表達都明顯增加，表明慢性痛后催產素的功能被上調。

該研究工作發(fā)現了催產素抗焦慮的新機制，即催產素通過抑制皮層突觸前LTP產生抗焦慮作用，并進一步證明了ACC的突觸前LTP在慢性痛產生的焦慮中扮演重要的作用，也為未來藥物研發(fā)或臨床治療焦慮提供了一個新的理論依據。

文章作者

西安交通大學前沿院博士后李旭輝和多倫多大學博士后Takanori Matsuura為本論文共同第一作者，前沿院為第一作者和通訊作者單位，卓敏教授為該論文唯一通訊作者。

論文鏈接

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00824-X

卓敏教授課題組鏈接

http://fist.xjtu.edu.cn/cnd/index.htm

#03

西安交大科研人員

在雙極型有機場效應晶體管研究中取得新進展

發(fā)表期刊

Advanced Functional Materials

內容摘要

雙極型場效應晶體管同時允許電子和空穴傳輸，可以在不同的狀態(tài) （n型和p型）下工作，對于簡化電路的制造和賦予電路多功能性具有重要意義。然而，本征的雙極型晶體管很難完全關閉，因為柵電極不能同時耗盡整個傳輸溝道上的電子和空穴，導致較小的開關比，這阻礙了實際應用。

近日，西安交通大學前沿院魯廣昊教授課題組和材料學院、化學學院，以及天津大學、中山大學的研究團隊合作，提出了一種利用不均勻補償電場調控基于絕緣異質結的雙極型場效應晶體管中電荷累積和傳輸的方法，使開關比提升了三個數量級，并且不損害器件的雙極傳輸特性。這種不均勻補償電場通過絕緣異質結不均勻帶電來實現。在實驗中，這些電荷通過源極和漏極預先注入，并相對穩(wěn)定地存儲在絕緣體中，形成駐極體，持久地調控器件性能。由于駐極體電荷的注入和擦除是可逆的，而且數量和分布可調控，所以器件有多種工作狀態(tài)，并且不同狀態(tài)間可以動態(tài)可逆地切換。這賦予了器件多樣化的特性和多功能性，有利于雙極型晶體管在邏輯電路中的應用，并且在一些新興概念的電子器件和電路（如可重構器件、多值存儲器和類腦神經形態(tài)器件）中有應用潛力。

利用補償電勢提升雙極型晶體管開關比的

機理示意圖和數值計算結果

文章作者

西安交通大學前沿院魯廣昊教授課題組博士生魏鵬和材料學院張偉教授課題組博士生王旭東為論文共同第一作者，魯廣昊教授為通訊作者，張偉教授、西安交大化學學院卜臘菊教授及其課題組碩士生李翔龍、天津大學材料學院耿延候教授和鄧云峰副教授、中山大學材料學院張鵬副教授等對這項研究作出了重要貢獻。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202103369

魯廣昊教授課題組主頁

http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/guanghaolu/home

#04

西安交大科研人員實現

基于雙功能分子的前驅體—溶液策略

提高錫基鈣鈦礦的穩(wěn)定性

發(fā)表期刊

先進功能材料（Advanced Functional Materials）

內容摘要

在第三代薄膜電池中，有機無機復合鈣鈦礦光伏器件是目前國際光伏領域的前沿研究熱點。然而，重金屬鉛的使用限制了其產業(yè)化應用。如何開發(fā)環(huán)境友好的非鉛鈣鈦礦光伏器件成為國內外能源領域新的機遇與挑戰(zhàn)。從結構上講，環(huán)境友好的錫有著與鉛類似的外層電子結構，且窄帶隙的錫基鈣鈦礦材料器件在應用方面有更高的理論效率極限，因而Sn基鈣鈦礦是替代Pb基鈣鈦礦的首選。然而，Sn基鈣鈦礦中Sn2+的易氧化特性及低反應勢壘引起的超快結晶這兩大關鍵科學問題嚴重影響了Sn基鈣鈦礦的穩(wěn)定性，也成為其進一步提高效率的瓶頸。

為了解決這些問題，科研人員通過溶劑工程、維度調控、形成路易斯酸堿加合物及后處理等策略來控制結晶速率；同時還原性添加劑被用來抑制Sn2+到Sn4+的氧化，然而對于常用的金屬鹵化物SnI2前驅物在前驅液及成膜過程中的氧化機理仍缺乏深入的了解，這與鈣鈦礦薄膜的質量和缺陷態(tài)密切相關，同時也與高效光伏器件的可重復性有關。

不同于現有的“單途徑”調控手段，吳朝新教授組從影響錫基鈣鈦礦薄膜質量的雙重因素同時入手，提出一種基于雙功能“還原性絡合物”媒介的缺陷調控策略。研究了具有絡合功能的N-甲基甲酰苯（NMF）和雙功能的還原性絡合物對乙酰氨基苯酚（AP）。首先，通過調控作為缺陷形成“起點”的SnI2前驅物的價態(tài)穩(wěn)定和鍵能穩(wěn)固，實現“Sn2+氧化抑制”和“結晶可控”的兼顧并行；其次，觀察到這類還原性絡合物從“源頭”和“過程”上提高了錫基鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性與效率。結果，經AP修飾的Sn基鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率為10.03 %（認證效率9.38 %）。在1000小時光老化試驗下，效率衰減小于10%。

本研究中提出的還原性絡合雙功能添加劑能為制備高效穩(wěn)定的Sn基鈣鈦礦太陽能電池提供一種簡便有效的新思路。

文章作者

論文第一作者為西安交通大學電信學部吳朝新教授課題組博士生曹向榮，董化副教授、吳朝新教授和李璟睿特聘研究員為共同通訊作者，西安交通大學為第一作者單位和唯一通訊作者單位。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104344

#05

西安交大科研人員

在新型醫(yī)用材料研究方面取得新進展

發(fā)表期刊

PNAS

內容摘要

外科補片是一種廣泛應用于外科手術的醫(yī)用編織物，通常起到為組織器官提供永久性或臨時性力學支撐的作用。在使用時，外科補片通常需要被固定在缺損或病變的組織區(qū)域上以進行修復或重建。傳統(tǒng)固定方法采用縫線、縫合釘或螺旋釘等穿透組織的裝置來實現，過程耗時且容易引起神經損傷及慢性術后疼痛等并發(fā)癥。利用粘接這一非穿透手段來實現固定被認為是一種理想的替代方法。然而，目前用于補片粘接的商用組織膠水（如纖維蛋白膠等）與組織間的粘接較弱，導致補片只能被粘貼于承受較小應力的組織區(qū)域，大大限制了其應用范圍。因此，迫切需要賦予醫(yī)用外科補片以一新的屬性，即對生物組織的強粘接特性。

水凝膠復合補片的機理示意及應用效果圖

針對這一問題，西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室、航天航空學院軟機器實驗室盧同慶教授及高揚副教授與哈佛大學鎖志剛院士提出了一種水凝膠復合補片醫(yī)用新材料（Hydrogel-mesh composite, HMC）。通過將抗溶脹組織黏附水凝膠與外科補片以宏觀拓撲互穿結構進行復合，得到的水凝膠復合補片在與組織形成強粘接的同時，還綜合了水凝膠及外科補片的優(yōu)點，如生物相容性、對水及小分子的可滲透性，高的面內剛度及低的彎曲剛度等。這種水凝膠復合補片在組織修復、密封、止血和無縫線創(chuàng)口閉合方面，特別是在承受高應力組織之上的應用中表現出巨大潛力。

文章作者

西安交通大學航天航空學院副教授高揚為論文第一作者，西安交通大學航天航空學院盧同慶教授及哈佛大學鎖志剛教授為論文通訊作者。西安交大機械結構強度與振動國家重點實驗室為第一作者單位。

論文鏈接

https://www.pnas.org/content/118/28/e2103457118

#06

西安交大科研人員

在消化道創(chuàng)面加速康復研究上取得新進展

發(fā)表期刊

納微快報（Nano-Micro Letters）

內容摘要

消化內鏡是目前胃腸道疾病診療的最主要方法。但內鏡治療后并發(fā)癥如消化道出血和穿孔，不僅發(fā)生率較高，而且嚴重影響患者術后恢復；嚴重者需要外科手術等急診治療，甚至威脅患者生命。因此，可簡便、高效地促進消化道創(chuàng)面止血和愈合的新材料是臨床加速康復的迫切需求。但由于消化道內復雜的物理和化學環(huán)境，這一研究方向仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

針對這一問題，西安交大一附院消化內科、外科夢工廠與前沿科學技術研究院聯合開展交叉學科研究，從臨床實踐中發(fā)現科學問題，在呂毅教授的悉心指導與大力支持下，經過反復論證和研究實踐，在國內外首次根據消化道生理特點以及物理和化學環(huán)境，開發(fā)了可通過內鏡注射的多功能水凝膠敷料。

該材料集成了胃內酸性pH響應成膠的可注射性，抗消化道收縮蠕動剪切應力的自愈合性，負載“微組織交聯劑”的高粘合性，氨基己酸可載藥的生物止血性。該研究通過體外和動物實驗，證明這一新材料可通過胃鏡噴灑，作為密封劑/粘合劑/止血劑快速止血；并通過調控創(chuàng)面組織內I型膠原生成、α-SMA表達、淋巴細胞浸潤和新生血管形成達到抗炎、促進愈合的作用。消化道疾病是我國發(fā)病率最高的病種之一，這一研究成果有望為數量巨大的內鏡治療患者提供新的并發(fā)癥防治手段，為解決消化內鏡器械耗材依賴國外廠家的“卡脖子”問題提供新的途徑。

新型凝膠材料的結構特點及止血促愈合功能

文章作者

西安交通大學第一附屬醫(yī)院消化內科副主任醫(yī)師初大可為論文的通訊作者，前沿科學技術研究院教授郭保林為論文共同通訊作者，博士研究生賀佳輝為第一作者，皮膚科主治醫(yī)師張子茜為共同第一作者，西安交通大學第一附屬醫(yī)院為論文第一通訊單位。

#07

西安交大科研人員

在高性能環(huán)境氣體感知材料與器件領域取得新進展

發(fā)表期刊

Science Bulletin

內容摘要

環(huán)境污染成為當今社會發(fā)展日益凸顯的問題，對大氣環(huán)境中有害氣體的監(jiān)控越來越重要，迫切需要研制和發(fā)展性能優(yōu)異的氣敏傳感材料與器件。IV-VI族二維層狀金屬硫化物半導體，以SnS2為代表，具備適合的禁帶寬度、低廉的價格成本和環(huán)保無害的特質，且其電子結構可通過層數、成分等進行大范圍調制，氣體吸附過程在低溫下即可發(fā)生，是半導體電阻式氣敏元件極具潛力的候選材料之一。研究人員通過一步水熱合成了Mo摻雜SnS2納米片，開展了其對NO2氣體的低溫傳感性能研究，發(fā)現了反常的p-n傳感類型轉變現象，為NO2氣體的選擇性識別提供了新型實現途徑（Chemical Engineering Journal, 2021, 420, 127572；西安交大金屬材料強度國家重點實驗室為唯一通訊作者單位）。然而，基于水熱還原法所制備出的SnS2 納米結構通常含低價Sn2+，并而伴生出一定的S空位。對于NO2傳感反應，路易斯酸性的硫空位將不利于酸性NO2氣體在SnS2表面的吸附。因此，如何有效抑制SnS2中低價的Sn2+及其表面路易斯酸性，是相應SnS2高性能NO2傳感器設計所需克服的關鍵科學問題。

近日，西安交通大學材料學院戴正飛特聘研究員與南京理工大學曾海波教授針對上述問題開展合作研究，通過一步溶劑熱法在黑磷納米片上原位生長出SnS2納米片，構建了新型2D-2D黑磷/SnS2 P-N異質結，并將之首次用于高效NO2氣體傳感應用。在SnS2/BP復合結構中，p型BP具有高氧化性的空穴，可將低價Sn2+氧化為Sn4+，從而可抑制Lewis酸性較強的S空位形成。X射線光電子能譜證實了異質結對低價Sn2+的抑制；同時，研究人員創(chuàng)新性地結合電化學催化分析技術，考察了其在酸性介質下的擴散雙電層電容，驗證了復合結構對其表面Lewis酸度的抑制作用。基于離子價態(tài)和路易斯酸度調控，SnS2/BP異質結傳感器能夠在室溫下檢測到100 ppb級痕量NO2，其響應及回復速度快、性能穩(wěn)定且選擇性高?？蒲腥藛T結合第一性原理計算和原位Raman光譜研究，進一步揭示了其化學吸附增強機理。本研究工作為高性能半導體NO2氣敏器件的設計提供了新思路。

文章作者

西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為論文第一作者單位和第一通訊單位，西安交大材料學院博士生/梁婷婷為論文第一作者，戴正飛研究員和曾海波教授為論文共同通訊作者。

論文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.07.007

#08

西安交大科研團隊

在二維材料-鐵電混合系統(tǒng)光電探測領域取得進展

發(fā)表期刊

ACS NANO

內容摘要

“后摩爾”時代中，與CMOS工藝兼容的高性能集成光電探測器是實現硅光集成和物聯網等前沿應用的重要組成部分。為了進一步提高光電探測的性能，近年來研究人員致力于將新型材料和新物理機制引入器件應用中，二維材料和鐵電材料受到了廣泛關注，而將二者結合起來實現混合系統(tǒng)再用于光探測，不但引發(fā)了很多新奇的物理現象，又能夠實現小尺寸、多功能和快速響應的探測器件，因此相關成果層出不窮，然而眾多新穎的結果缺乏基于物理機制和器件應用方面的梳理，存在的問題和未來發(fā)展的方向也缺乏有深度的討論。

西安交通大學電信學部電子學院任巍教授、牛剛特聘研究員課題組長期致力于發(fā)展功能介電、鐵電薄膜與集成器件，尤其是介電和鐵電薄膜在信息時代的新型應用，如高頻超聲換能器、紅外熱釋電陣列、人工突觸器件、柔性器件、光電探測器件等。近日，該團隊與國內外科研人員合作報道了二維材料-鐵電薄膜混合系統(tǒng)光電探測應用的新進展，總結了材料特性、物理機制、器件優(yōu)化等多方面成果，理清了該領域當前的研究重點和挑戰(zhàn)，并且對未來的研究提出了建議和展望。

綜述首先回顧了二維材料和鐵電材料基礎，并進一步針對二維材料-鐵電材料混合系統(tǒng)的相互作用進行研究與討論。對鐵電材料極化對二維材料的能帶調控、電特性和光電特性增強進行了系統(tǒng)深入分析。進一步，半導體器件工藝也是影響光電探測性能的重要方面，論文中對于器件工藝，特別是電極與溝道材料的接觸進行了討論并總結了提高光電探測器性能的常見工藝與方法。在二維材料-鐵電薄膜光電探測器件應用中，作者針對不同器件結構的光電探測器進行系統(tǒng)討論，對光電探測器的結構、性能以及突出特點進行總結，并針對鐵電材料對二維材料在光電應用中的調控作用進行了系統(tǒng)、深入分析。這項工作不僅很好地總結了光電探測器領域的最新成果，為快速了解相關發(fā)展提供了可能，而且為未來光電探測器的優(yōu)化和結構設計提供了思路和建議。

文章鏈接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c01735#

#09

西安交大科研人員

發(fā)現不可見點缺陷復合體誘發(fā)鎢超高輻照硬化

發(fā)表期刊

Nano Letters

內容摘要

聚變能是人類理想的未來能源之一。鎢、鉬、釩等難熔金屬是聚變堆的關鍵結構材料。這類金屬具有體心立方結構，在高能粒子輻照后通常表現出超過100%的輻照硬化，遠高于面心立方和密排六方金屬。鎢是聚變堆面向等離子體第一壁和偏濾器的最佳候選材料，它具有高熔點、良好的熱導率、低氚滯留率和低濺射率。在聚變堆中，鎢會經受高能粒子輻照和高熱流轟擊，氫、氦等被注入鎢中，與輻照產生的空位結合形成氣泡，使鎢發(fā)生輻照硬化。然而，基于電鏡觀察到的納米尺度輻照缺陷(如氣泡、空洞或位錯環(huán))并不能準確地評估這類輻照硬化。長期以來，研究者猜測，體心立方金屬的超高輻照硬化與大量的不可見輻照缺陷有關。這類缺陷通常是原子尺度，區(qū)別于尺寸較大的缺陷團簇，如位錯環(huán)、空洞或氣泡，所以從實驗上獲得它們的尺寸、密度和強化效果非常具有挑戰(zhàn)性。因此，不可見輻照缺陷-“暗物質”-硬化的假設一直缺乏直接的實現證據支撐。

圖1 鎢的超高輻照硬化

近日，西安交通大學材料學院微納中心韓衛(wèi)忠教授課題組系統(tǒng)研究了高溫氦離子輻照鎢的強化機理。原位測試表明，氦離子輻照后，鎢的屈服強度提高了兩倍（如圖1所示）?；谕干潆婄R觀察的氦泡等缺陷估算的強化量只占實驗測得強化值的不到30%。對比結果表明，除了可見氦泡的強化外，還應當存在另外一種更加主導的強化機制。為了評估不可見的輻照點缺陷，研究中采用氦離子作為標記原子，通過氦離子的分布來推測輻照誘導點缺陷的分布。研究表明，可見氦泡中的氦只占注入總氦量的很小比例，超過80%以上的氦仍然隱藏在晶格中（如圖2所示）。由于氦和空位具有很強的結合能，注入的大量氦隱藏在空位中，形成氦-空位復合體。結合納米力學測試，透射電子顯微鏡分析和分子動力學模擬，發(fā)現鎢的超高輻照硬化源于位錯與大量不可見的點缺陷復合體的強烈相互作用，尤其是空位和氦-空位復合體對位錯的強烈釘扎。原位納米力學測試和分子動力學計算表明，這些點缺陷復合體可阻礙位錯運動，特別是對刃位錯釘扎更加明顯，使位錯滑移的阻力提高了1 GPa以上，使得鎢中由長直螺位錯主導的塑性變形轉變?yōu)榱擞森h(huán)狀混合位錯協調的變形。這一現象與體心立方金屬具有很高的空位遷移能密切相關。在中低溫條件下，輻照產生的大部分空位仍然隱藏在晶格中，很難通過遷移發(fā)生聚集長大。這類離散分布的點缺陷尺寸極小，密度極高，通常被稱為金屬材料中的“暗物質”，尤其是與氦、氫等元素復合后會形成強釘扎點，導致金屬材料發(fā)生顯著強化和脆化。該研究揭示了體心立方金屬中的一種新型輻照強化機制，即不可見點缺陷復合體-“暗物質”-硬化。

圖2 大量不可見點缺陷復合體造成了鎢的超高輻照硬化

文章作者

西安交通大學材料學院碩士生鄭若瑤為論文第一作者，韓衛(wèi)忠教授為論文通訊作者，合作者包括加州大學圣巴巴拉分校Irene Beyerlein教授和Wu-Rong Jian博士。

論文鏈接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01637

#10

西安交大科研人員

在無限配位聚合物治療腫瘤領域發(fā)表綜述文章

發(fā)表期刊

Coordination Chemistry Reviews

內容摘要

配位聚合物是由有機配體和無機金屬離子不斷重復配位自組裝而形成的一種有機-無機雜化材料，一般可以被制備成具有結晶結構的金屬有機框架（MOFs）化合物或無定形的無限配位聚合物（ICPs）。ICPs具有易裁剪、孔隙率化學可調、熱穩(wěn)定性好、水溶性好、制備條件溫和易進行更深層次加工等優(yōu)點，作為治療劑遞送系統(tǒng)應用于腫瘤治療受到了越來越多的關注。

將治療劑分子作為配體與金屬離子通過化學直接配位形成無載體材料的無限配位聚合物稱為治療劑組裝無限配位聚合物納米藥物（簡稱ICP nanomedicines），與傳統(tǒng)的治療劑組成無載體納米藥物相比，ICP nanomedicines具有很大的治療優(yōu)勢和潛力，可以改變治療劑的特性，如提高水溶性和熱穩(wěn)定性、改變熒光特性和光熱轉換效率，藥量高、毒副作用低，可多藥協同提高腫瘤治療效果，具有pH智能響應特性。由于ICP nanomedicines僅僅由藥物和金屬離子組成，未來比較容易進入臨床，在腫瘤治療方面擁有非常光明的應用前景，但該領域研究涉及到材料科學、化學、藥學、生物學和醫(yī)學等眾多學科，還沒有引起研究者的廣泛關注，目前該方面的研究較少。

西安交通大學吳道澄教授課題組在2018年提出了將腫瘤治療劑AQ4N和棉酚（gossypol）與Cu2+雙配位的策略，制備了透明質酸修飾的雙藥無限配位聚合物納米藥物HA@AQ4N-Cu(II)-gossypol ICP nanomedicines。該ICP nanomedicines總載藥量高達77.41%，AQ4N和gossypol不僅可以協同治療，而且AQ4N的熒光開關式變化可實現體內藥物釋放和分布的實時自我監(jiān)測，為不同類型腫瘤提供診療一體化治療。

近期，研究人員發(fā)現天然抗腫瘤藥物棉酚（gossypol）和綠茶多酚（EGCG）與金屬離子無限配位聚合物顏色變深，吸收光譜發(fā)生變化，具有一定的光熱轉換能力，在摻雜很小比例的光熱劑IR780后，其光熱效率從16%大幅增加為47.8%，使這種ICP nanomedicines同時具有了光熱治療和ICPs雙藥化療的能力，具備了一物多用的特點。動物實驗表明該ICP nanomedicines的腫瘤抑制率高達98.7%，60天后腫瘤的復發(fā)率僅為12.5%。

ICP nanomedicines的制備、特性、腫瘤治療及應用前景

鑒于ICP nanomedicines未來腫瘤治療的光明前景，為吸引不同學科的研究者共同參與ICP nanomedicines的研究?；谠谠擃I域多年的持續(xù)研究，生命學院生物醫(yī)學影像與應用研究所吳道澄教授課題組對治療劑組裝的ICP nanomedicines在腫瘤治療領域的研究進展進行了綜述（圖1），該綜述對ICP nanomedicines的制備方法以及自身特性進行了系統(tǒng)性總結，重點討論了ICP nanomedicines在腫瘤化療、光療以及協同治療中的應用，提出了“金屬離子的毒性還不能完全被降低到可忽略的程度”“治療劑的功能單一，缺乏系統(tǒng)性發(fā)掘治療劑的多功能協同作用”“治療效果的評價指數過于單一”“ICP nanomedicines結構及理論研究不足”等這一領域未來仍需進一步解決的四個問題。提出擬重點研究的方向：多重靶向修飾提高ICP nanomedicines的利用率；拓展治療劑的類型和功能，構建一物多用的多功能治療體系；拓展多種腫瘤治療方法之間的協同治療策略；ICP nanomedicines的理化和生物學機制是未來的重要研究方向；擴展ICP nanomedicines在其他疾病治療中的應用。

文章作者

該論文第一作者為西安交通大學生命學院博士生張帥，吳道澄教授為唯一通訊作者，生物醫(yī)學信息工程教育部重點實驗室、西安交通大學生命學院為該論文第一和唯一通訊作者單位。

論文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854521003337?dgcid=coauthor

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