摘要:需要新的方法来整合化学和物理刺激以控制人工酶反应网络 (ERN) 的动态。在这里,我们提出了一种将光刺激转化为时间程序化 pH 响应的通用方法。我们开发并表征了一组光控脲酶抑制剂。脲酶活性现在由光通过光抑制剂调节,导致尿素水解为氨时 pH 升高。通过仔细选择光的特性以及酶、底物和光抑制剂的浓度,我们可以控制 pH 转变的时间。此外,由于所有酶都具有活性-pH 曲线,因此脲酶光抑制剂系统可用于调节小反应网络中其他酶的活性。
摘要:自组装功能化纳米粒子是多种潜在应用的焦点,特别是用于分子级电子设备。这里,我们对 10 纳米金纳米粒子 (NPs) 进行了自组装实验,这些粒子由一层致密的偶氮苯-联噻吩 (AzBT) 分子功能化,目的是构建具有忆阻特性的光可切换设备。我们制造了由 NP 自组装网络 (NPSAN) 组成的平面纳米设备,这些纳米电极与纳米电极接触,纳米电极之间的电极间隙从 30 到 100 纳米不等。我们展示了这些 AzBT-NPSAN 中光诱导的电导可逆切换,创下了高达 620 的“开/关”电导比记录,平均值约为。 30,85% 的器件的比例超过 10。对纳米颗粒表面化学吸附的分子单层之间的界面结构和动力学进行了分子动力学模拟,并将其与实验结果进行了比较。结果表明,接触界面的性质与分子构象密切相关,对于 AzBT 分子,可以通过明确定义波长的光照射在顺式和反式之间可逆地切换。与通过导电 c-AFM 尖端接触的平面自组装单层上进行的实验相比,分子动力学模拟为实验观察到的两个异构体之间开/关电流比降低提供了微观解释。
能够靶向并在肿瘤微环境 (TME) 中积累的聚合物纳米级材料为更安全地递送抗癌药物提供了有希望的途径。通过在大量药物释放之前到达目标,此类材料可以减少脱靶副作用并最大限度地提高 TME 中的药物浓度。然而,较差的药物负载能力和纳米材料对肿瘤的渗透效率低会限制其治疗效果。在此,我们提供了一种新方法,可实现高负载曲线,同时确保药物快速有效地渗透到肿瘤中。这是通过将光敏紫杉醇与对肿瘤相关酶有反应的单体共聚,并将所得的二嵌段共聚物组装成球形胶束来实现的。虽然光照使紫杉醇能够从聚合物骨架中解耦成光激活胶束,但 TME 中的酶消化会引发其爆发释放。通过一系列体外细胞毒性试验,我们证明这些光开关胶束比共价连接的非触发胶束具有更大的效力,并且具有与游离药物相当的治疗特性。
完整作者列表:Qiu, Qianfeng;布兰迪斯大学化学系,化学 Shi, Yuran;布兰迪斯大学化学系,化学 Han, Grace;布兰迪斯大学,化学
摘要:可再生能源大多是间歇性的,且地理分布不均匀;因此,对开发新的储能技术的需求很高。能够吸收光、将其储存为化学能并在需要时将其释放为热能的分子被称为分子太阳能热能存储 (MOST) 或太阳能热燃料 (STF)。此类分子为太阳能存储应用提供了一种有前途的解决方案。人们已经研究了不同的分子系统用于 MOST 应用,例如降冰片二烯、偶氮苯、芪、钌衍生物、蒽和二氢蓝。多环应变分子降冰片二烯 (NBD) 可光转化为四环烷 (QC),它具有高能量存储密度和长期储存能量的潜力,因此备受关注。未取代的降冰片二烯在这方面存在一些局限性,例如太阳光谱匹配性差和量子产率低。在过去十年中,我们的团队开发并测试了具有改进特性的新型 NBD 系统。此外,我们还在实验室规模的太阳能利用、储存和释放测试设备中展示了它们的功能。本报告描述了关于如何设计 NBD/QC 系统关键特性(光化学、能量储存、热释放、稳定性和合成)的最有影响力的最新发现,以及用于太阳能捕获和热释放的测试设备示例。虽然众所周知,引入供体 - 受体基团可以实现与太阳光谱更匹配的红移吸收,但我们设法引入了分子量非常低的供体和受体基团,从而实现了前所未有的太阳光谱匹配和高能量密度。其中一些系统中的战略性空间位阻显著增加了光异构体 QC 的存储时间,而二聚体系统具有独立的能量壁垒,可改善太阳光谱匹配、延长存储时间和提高能量密度。这些发现提供了一系列可能的化学改性方法,可用于调整 NBD/QC 系统的属性并使其适用于所需的应用,这对于任何想要接受设计高效 MOST 系统挑战的人都很有用。已经建造了几种测试设备,例如,一种混合 MOST 设备,它可以同时存储太阳能和加热水。此外,我们还开发了一种用于监测催化 QC 到 NBD 转化的设备,从而可以量化显着的宏观热量产生。最后,我们测试了不同配方的聚合物复合材料,这些复合材料可以在白天吸收光线并在夜间将能量释放为热量,以备将来用于窗户涂层应用。这些实验室规模的实现具有形成性,有助于推动该领域向 MOST 系统的实际应用迈进。
摘要:可见光集成光子学可用于传统(C 波段和 O 波段)硅光子学无法实现的应用,包括囚禁离子和中性原子量子实验、生物光子学和显示器。尽管展示了越来越先进的功能和集成度,但低功耗、单片集成的可见光开关和移相器的开发仍然是一项艰巨的挑战。在这里,我们展示了一种用于可见光谱的集成光子静电 MEMS 驱动的 Mach-Zehnder 干涉仪光开关。该设备在 540 nm 波长下以 7.2 dB 的消光比和 2.5 dB 的光损耗运行。测得的 10-90% 上升(下降)时间为 5(28)µ s,实现了约 0.5 nW 的低静态功耗。30 kHz 开关频率下的动态功耗估计为 < 70 µW。
热眠器很难,并且具有非常紧密的拟合,扩展的亚原子结构。在成型过程中的缓解继续,此后还没有,此时可以想象可以通过变暖来塑造材料。可能会通过加工进行进一步的成型。热固性用来制作光开关。
聚合物结构中多个刺激-响应的串联连接使得能够根据需要对功能材料过程进行逻辑上连贯的门控。在这里,光开关二芳基乙烯 (DAE) 充当聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶中的交联剂,并允许光诱导体积相变温度 (VPTT) 发生变化。虽然低于 VPTT 的膨胀微凝胶易受力并发生断裂-聚集过程,但高于 VPTT 的塌陷微凝胶在超声波诱导的机械场中保持完整。在 VPTT 转变范围内,DAE 的光开关将微凝胶从膨胀状态转移到塌陷状态,从而控制它们对力的响应,如嵌入式荧光机械响应性分子的光门控激活所示。这种光诱导机械隐形系统在聚合物拓扑级别上运行,因此原则上具有普遍适用性。