2023-05-22
陈洪亮研究员-Stoddart课题组Angew. Chem.：Blue Box的历史、发展和展望
限域（confinement）是自然界的常见现象。我们体内的各种生物过程，如DNA复制、蛋白质合成和物质运输，都需要在细胞或囊泡的保护作用下进行。许多酶催化反应的专一性也源于酶活性位点对底物的特异性识别和包裹作用。受此启发，化学家一直希望通过人工合成制备形态各异的限域空间，以用于分子识别，中间体稳定，化合物分离和选择性转化等应用。从历史悠久的冠醚（crown ethers）、穴醚（cryptands）、球型大环（spherands）、坚果壳（carcerands）、环糊精（cyclodextrins）和葫芦脲（cucurbiturils），到近年发展的杯芳烃（calixarenes）、柱芳烃（pillararenes）、环蕃（cyclophanes）、碳纳米箍（nanorings）、分子盒（boxes）、分子笼（cages）和分子胶囊（capsules）等丰富的分子基元，分子容器（molecular containers）受关注的程度与日俱增。1987年的诺贝尔化学奖也因这一领域的重要性授予了三位有突出贡献的科学家（Jean-Marie Lehn，Charles Pedersen和Do
more
2023-05-22
Nano Lett.：可扩展纳米陷阱诊疗增强电穿孔在细胞内动作电位记录中的研究进展
近日，浙大科创超分子新物质创制创新工坊胡宁研究员课题组在细胞电生理传感领域取得突破，成果发表在国际顶级期刊Nano Letters，标题为“Scalable Nanotrap Matrix Enhanced Electroporation for Intracellular Recording of Action Potential”。该论文第一作者为博士研究生徐冬馨，胡宁研究员为该论文通讯作者。电生理记录在生物医学基础研究和临床实际应用中发挥着至关重要的作用，是人们长期探究的目标。在已开发的技术中，三维垂直微/纳米器件已经成功地实现了对电兴奋细胞及其网络的细胞内动作电位记录。然而，费时费力的制造过程仍然是阻碍其进一步推广和发展的共同问题。在同一平台中兼顾简单性、稳定性和灵敏度仍然是一个巨大的挑战。在这项研究中，我们开发了一种基于聚对苯二甲酸乙二醇酯多孔膜的纳米陷阱微电极，其与大规模微加工技术兼容。纳米陷阱不仅促进了细胞膜向中空结构的延伸，而且为细胞内记录提供了独特的纳米边缘电穿孔。我们证明了这种可扩展的纳米陷阱可以有效地增强细胞-电极耦合，并且比传统的平面电极获得更大的细胞内信号。微
more
2023-05-22
ACS Nano：基于单心脏细胞最优机械搏动检测的通用灵敏药物评估生物传感平台
近日，浙大科创超分子新物质创制创新工坊胡宁研究员课题组在细胞机械搏动传感领域取得突破，成果发表在国际顶级期刊ACS Nano，标题为“Universal and Sensitive Drug Assessment Biosensing Platform Using Optimal Mechanical Beating Detection of Single Cardiomyocyte”。该论文第一作者为博士研究生徐冬馨，胡宁研究员为该论文通讯作者。为了保证心血管疾病的有效预防和治疗，避免危害人体健康和造成资源的巨大浪费，临床前的疗效和安全性评价是心血管药物开发必不可少的环节。节律性机械搏动作为心肌细胞的重要特性之一，已被用于建立药物评估生物传感平台。然而，传统的无标记生物传感平台难以对单个心肌细胞进行高通量和高分辨率的机械搏动检测，而基于标记的策略则受到药理学副作用和光毒性的限制。因此，迫切需要开发一种无标记、高通量、通用、灵敏的单个心肌细胞机械搏动检测平台，以建立高效、准确的心肌细胞模型，用于广泛的药理学和病理学研究。在这项研究中，我们基于优化的单个心肌细胞机械搏动检测建立了一种通用
more
2023-05-22
Nano Lett.：集成电穿孔触发的细胞内记录与递送效率评估的心脏细胞生物传感平台
近日，胡宁课题组在细胞电生理学及细胞递送领域取得新进展，成果发表在国际顶级期刊Nano Letters，标题为“Integrated Cardiomyocyte-Based Biosensing Platform for Electroporation-Triggered Intracellular Recording in Parallel with Delivery Efficiency Evaluation”。该论文第一作者为博士研究生方佳如，胡宁研究员为通讯作者，刘川教授、黎洪波博士为共同通讯作者。电穿孔是一种已被证实的技术，它可以记录心肌细胞的动作电位，并通过诱导细胞膜上纳米孔的产生来实现生物分子递送。然而，施加于心肌细胞的高电压仍然是一个挑战，使其能够安全有效地进入细胞内。为了保证细胞的活性，研究中经常使用与低压电穿孔配合的微纳米器件，而细胞内递送的有效性通常使用光学成像方法，如流式细胞术来评估。然而，这些复杂的分析方法阻碍了原位生物医学研究的效率。因此，有必要建议一个新的平台来实现安全有效的细胞内记录和体外原代心肌细胞递送评估。在本工作中，我们设计了一个基于心肌细胞的生物
more
2023-05-22
Nano Lett.：增强细胞内动作电位记录的可扩展空心纳米柱电极
近日，胡宁课题组在细胞电生理学领域取得进展，成果发表在国际顶级期刊Nano Letters，标题为“Scalable and Robust Hollow Nanopillar Electrode for Enhanced Intracellular Action Potential Recording”。该论文第一作者为博士研究生方佳如，胡宁研究员为通讯作者，刘川教授、杨涛博士、李颖副教授为共同通讯作者。电生理学是电兴奋细胞的一种独特性标志，可以进行疾病调查或药物评估。开发潜在的记录新工具是在细胞水平上准确探测细胞内电活动，以了解心脏疾病的潜在机制和探索先进的治疗策略的关键。近十年来，垂直纳米电极阵列成功地在电兴奋细胞及其网络中实现了高质量的细胞内电生理研究。然而，使用低成本纳米结构进行高成功率和高质量、长期的细胞内记录仍然是一个相当大的挑战。因此，有必要开发一种新策略来提高电信号记录的质量。在本工作中，我们设计了一种可扩展且稳定的空心纳米柱矩阵，以研究精确几何调节对细胞内记录的影。利用方便的模板合成和微加工技术，制备出高度可伸缩的垂直空心纳米柱电极。空心纳米结构可以诱导细胞膜既包裹在
more
2023-04-04
JACS：基于柱芳烃的主客体共晶经纳米封装诱导二次谐波的产生
近日，黄飞鹤课题组在超分子非线性光学材料领域取得突破，成果发表在国际化学顶级期刊Journal of the American Chemical Society，标题为“Nanoencapsulation-Induced Second Harmonic Generation in Pillararene-Based Host–Guest Complex Cocrystals”。该论文的第一署名单位为浙江大学化学系，论文第一作者为博士研究生梁浩忠，黄飞鹤教授为通讯作者，华彬研究员、刘小峰副教授为共同通讯作者。非线性光学（Nonlinear Optics，NLO）材料是一类广泛应用于通讯、成像、传感、光刻和光电转换器件等领域的材料。有机NLO材料具有光学非线性优异、光损伤阈值高、成本低廉、合成简单等优点，在基础研究和生产应用都存在广阔的前景。然而，大多数有机NLO分子在结晶过程中会采取反平行π–π堆叠的方式形成中心对称结构的晶体，分子电偶极矩相互抵消，无法产生二次谐波。这大大制约了固态有机NLO材料的发展。为了解决这个问题，前人设计了复杂的分子结构或晶体制备工序，以避免生成中心对称晶体。然
more
2023-04-04
JACS：基于柱[n]芳烃的可变化学计量共结晶：一种多样化固态超结构的通用方法
近日，黄飞鹤课题组在超分子有机共晶体材料领域取得突破，成果发表在国际化学顶级期刊Journal of the American Chemical Society，标题为“Pillararene-Based Variable Stoichiometry Co-Crystallization: A Versatile Approach to Diversified Solid-State Superstructures”。该论文的第一署名单位为浙江大学化学系，论文第一作者为博士研究生李明，黄飞鹤教授、华彬研究员、德州大学奥斯丁分校Jonathan L. Sessler教授和沙特阿卜杜拉国王科技大学Niveen M. Khashab教授为共同通讯作者。 有机共晶体工程作为一种新兴的、有前景的构建新型固态材料的非共价策略，已在包括光电子学、双极电荷传输和生物药理学等多个领域引起了广泛的关注和研究兴趣。与传统的共价修饰相比，共晶工程提供了一种以生态友好和具有成本效益的方式构筑材料的方法，同时避免了冗长的合成步骤，这些优点在固态功能材料的开发中显示出了巨大的科学意义和实际应用价值。可变化学计量共晶
more
2022-12-08
Aggregate 新锐科学家——张浩可副研究员：含羰基脂肪族聚合物的簇发光性能调控
有机发光材料因其在显示、传感、和生物诊疗等领域的广阔应用前景而备受关注，而构建有机发光材料的结构-性能间关系对于提高其性能和扩展其应用至关重要。在过去的一百多年间，已有较完善的基于价键共轭(TBC)的分子光物理理论来指导有机发光材料的结构设计和性能调控，其中，π共轭芳香环结构被认为是产生高效发光的必备因素。然而，近年来科学家发现一些不含大π共轭结构的天然和合成聚合物，如淀粉、纤维素、聚酯、聚马来酸酐和聚酰胺胺等众多非共轭结构，也可以在簇聚状态下，如固体和浓溶液中产生的光致发光现象，而在单分散状态下不发光，这种非传统发光被称为簇发光(CL)。显然，与传统的π共轭体系中的聚集诱导发光(AIE)效应不同，基于价键共轭(TBC)的分子光物理理论无法解释簇发光现象，说明簇发光具有一种新的发光机理。更为重要的是，与π-共轭芳香族结构相比，大多数簇发光材料表现出良好的生物相容性和可加工性。因此，簇发光的研究不仅具有重要的理论意义，而且在实际应用中也具有诸多优势。在过去十年中，越来越多的簇发光现象被报道，被报道的簇发光团中大多含有富电子组分，这些组分可以产生较强的分子间与分子内相互作用来诱导簇的产生进
more
2022-08-03
《Chem. Soc. Rev.》综述：基于轮烷的机械互锁聚合物
机械互锁聚合物(MechanicallyInterlockedPolymers,MIPs)是高分子科学与机械互锁结构融合的产物，是高分子材料最新的研究方向之一。机械互锁聚合物兼具超分子聚合物的动态特性和共价聚合物的稳定性。与此同时，机械互锁基元的分子尺度微观运动，如索烃的旋转、伸长、扭转，轮烷的滑动、旋转等，可以在聚合物上积聚和放大，使高分子材料具有独特的宏观性能。相比于索烃和其它机械互锁结构，轮烷结构在聚合物的设计、制备以及性能研究中应用更加广泛和深入。近日，我系黄飞鹤教授团队受邀在化学领域顶级综述期刊ChemicalSocietyReviews上发表了题为“Mechanicallyinterlockedpolymersbasedonrotaxanes”的综述论文，全面介绍了目前基于轮烷的机械互锁聚合物的合成策略、性能表征和应用探索，包括线性聚轮烷、聚轮烷网络和轮烷树枝状大分子，旨在阐明轮烷组分如何影响高分子材料的结构和性能，为新型机械互锁聚合物的设计、合成和应用提供新的参考。图1：含有轮烷结构的各种机械互锁聚合物引入轮烷结构的聚合物是机械互锁聚合物的一个重要分支。轮烷组分的结构、位
more
2022-07-07
Nat. Commun. ：在水溶液中完成纯共价键的、具有复杂拓扑结构的分子的自组装
一如宏观世界的渔网和编织物，分子结在微观世界中也普遍存在。例如，柔性聚合物链可形成各种结，DNA和蛋白质等生命物质中也可观测到结。在某些情况下，这些拓扑学复杂的结构与它们的生物活性高度相关。为了理解这些结的形成机制，并在功能和拓扑之间建立联系，需要在生命介质——水中人工地合成结。常用的方法大多需要借助具有特定几何配位的过渡金属阳离子的模板效应。金属模板有助于将构筑单元预组织为相互交织的中间体，在没有模板的情况下，这些复杂结构的形成非常困难。不依赖于金属模板的分子结的构筑仅有少数成功案例。亚胺键由于具有原料易得、可逆性好的优点而被广泛应用于主体分子的构筑中。然而，亚胺在水溶剂存在下容易发生水解，限制了其在水相超分子自组装中的应用。浙江大学杭州科创中心李昊研究员以及其团队成员通过多年的研究表明，相对于单根亚胺键，含有多重亚胺键的体系则具有明显增强的稳定性。基于这个原理，浙大科创超分子新物质创制创新工坊的两位双聘研究人员李昊研究员和黄飞鹤教授紧密合作，在水中通过“一锅法”实现了基于亚胺键的手性三叶结的自组装。该工作得到了浙江大学化学系王林军研究组、浙江大学化学系潘远江研究组、厦门大学化学系A
more
2022-06-30
与以色列特拉维夫大学国际合作研究：细胞电子学研究进展
细胞电生理研究的心脏病学与神经科学研究的重要手段，通常围绕心肌细胞或神经细胞等可兴奋细胞展开，是疾病机理研究和药物筛选重要方法。然而传统金标准的膜片钳技术存在的通量低，有损的缺陷，因此，无法开展长时细胞胞内电生理研究。为了克服这些缺点，先进细胞内电信号记录的策略被发展起来，包括三维纳米电极与化学修饰、光、电等辅助穿孔的策略，其可以有效地穿透细胞膜，以微创的方式实现高质量的细胞内记录；以及细胞膜的瞬态电穿孔，其作为一种方便、低成本的技术可以获得暂时、大规模的细胞内访问。然而，三维纳米电极的制备过程复杂、成本高；电穿孔受限于不同应用方法的不一致性和次优性。这些因素阻碍了三维纳米电极和电穿孔在电生理研究中的广泛使用。因此，需要建立一个基于低成本的电极阵列施加可调控电穿孔通用的研究平台，能同时进行动作电位的记录与评估，优化细胞内电生理研究。近日，浙大科创超分子新物质创制创新工坊胡宁研究员课题组、以色列特拉维夫大学TalDvir教授课题组、中山大学中山医学院曹楠教授课题组的合作研究成果，在BiosensorsandBioelectronics上发表了通用、多模态的细胞生物传感平台用于优化细胞内动
more
2022-05-26
Nano Letters: 细胞微纳敏感电子学与传感器的研究进展
心肌细胞和神经细胞的电生理研究是探索心脏病学和神经科学领域的重要手段。近几十年来，基于三维微/纳米电极结构与多类辅助穿孔技术相结合，实现了从单个细胞到大型细胞网络的动作电位高灵敏和长时间信号检测，打破了动作电位的时空限制，克服了传统记录方法的局限性，然而目前这些微/纳米电极依赖复杂的制造工艺，无法高效、经济地批量生产，阻碍了其广泛应用的进展。因此，探索兼容可大规模制造的微纳米电极用于高灵敏和长时间的细胞内动作电位检测至关重要的。近日，浙江大学杭州国际科创中心胡宁研究员课题组在NanoLetters上发表了多孔纳米模板电极传感调控系统用于细胞内动作电位记录的研究，该研究依托前期在哈佛大学与塔夫茨大学胞内微纳电子学研究经验、浙江大学生物医学传感的技术基础与中山大学先进的微纳加工研究平台，提出模板法胞内电生理传感技术，开发一种新型的纳米模板电极传感调控系统。图1.胞内动作电位记录的纳米模板电极传感系统图2.多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米模板电极传感系统高灵敏记录细胞内动作电位图2.多孔PET纳米模
