• 感光蛋白;视紫红质 • ChR2 的结构和光循环 • 研究 ChR2 分子机制的方法 • 视网膜的光吸收和光异构化 • 氢键网络重排和通道开放
光是一种特别有吸引力的按需药物输送工具,因为它具有非侵入性、易于使用以及精确的时间和空间控制。新型光驱动药物输送策略的开发在广度和深度上都取得了巨大进展。光控药物输送平台通常可分为三类:光化学、光热和光异构化介导疗法。各种先进材料,如金属纳米粒子、金属硫化物和氧化物、金属有机骨架、碳纳米材料、上转换纳米粒子、半导体纳米粒子、刺激响应胶束、聚合物和脂质体基纳米粒子均已应用于光刺激药物输送。鉴于人们对按需靶向药物输送的兴趣日益浓厚,本文回顾了光响应系统的发展,重点介绍了最新进展、关键限制和未来方向。
摘要 超表面已证明具有在纳米尺度上利用光的奇异能力,这不仅对经典光学而且对量子光学都很重要。量子态的动态操控是量子信息处理的核心;然而,到目前为止,这种功能很少在超表面中实现。本文,我们报告了一种利用非线性超表面对光子量子态进行全光动态调制的方法。该超表面由金属纳米结构和光异构化偶氮层组成。通过光学切换偶氮分子在二元异构态之间来调节等离子体共振,我们实现了对正交偏振光子传输效率以及它们之间的相位延迟的动态控制,从而有效控制纠缠态。作为一个例子,量子态蒸馏已被证明可以将贝尔态从非最大纠缠态恢复到保真度高于 98% 的贝尔态。我们的工作将丰富超表面在量子世界中的功能,从静态到动态调制,使量子超表面走向实用。
人工大脑被认为是一种先进的智能技术,通过整合突触装置能够模拟人脑中发生的记忆过程。在此背景下,改进突触晶体管的功能以增加神经形态芯片中的信息处理密度是该领域的一大挑战。本文介绍了促进锂离子迁移的长余辉有机发光晶体管,它在 10 V 的低工作电压下显示出 7000 cd m − 2 的出色突触后亮度。0.1 mA 的突触后电流作为内置阈值开关在这些设备中作为触发点实现。设定条件触发的长余辉用于驱动光致变色分子的光异构化过程,模拟人脑中的神经递质转移,实现关键的记忆规则,即从长期记忆到永久记忆的转变。还处理了设置条件触发的长余辉与光电二极管放大器的组合,以模拟设置训练过程后的人类响应动作。总体而言,展示了神经形态计算的成功集成,包括刺激判断、光子发射、转换和编码,以模拟人脑复杂的决策树。
圆锥交叉点是分子汉密尔顿量的势能表面之间的拓扑保护交叉点,在光异构化和非辐射弛豫等化学过程中起着重要作用。它们以非零 Berry 相为特征,Berry 相是定义在原子坐标空间中一条闭路径上的拓扑变量,当路径绕过交叉流形时取π值。在本文中,我们表明,对于真实的分子汉密尔顿量,Berry 相可以通过沿所选路径追踪变分假设的局部最优值并用无控制的 Hadamard 检验估计初态和终态之间的重叠来获得。此外,通过将路径离散化为 N 个点,我们可以使用 N 个单独的 Newton-Raphson 步骤来非变分地更新我们的状态。最后,由于 Berry 相只能取两个离散值(0 或 π),因此即使累积误差受常数限制,我们的程序也能成功;这使我们能够限制总采样成本并轻松验证程序的成功。我们用数字方式证明了我们的算法在甲醛亚胺分子(H 2 C––NH)的小玩具模型上的应用。
聚合物驱动材料的各向异性一维收缩运动引起了从软机器人到仿生肌肉等领域日益增长的兴趣。尽管光驱动液晶聚合物(LCP)是实现远程和空间触发收缩(<20%)的有希望的候选者,但开发具有超大收缩率的 LCP 系统仍然存在许多挑战。这里提出了一种结合形状记忆效应和光化学相变的新策略,在一种新设计的线性液晶共聚物中实现了高达 81% 的光驱动收缩,其中偶氮苯和苯甲酸苯酯的共晶液晶原自组织成近晶 B 相。重要的是,这种高度有序的结构作为开关段牢牢锁住了应力诱导的应变能,该能通过可逆的反式 - 顺式光异构化迅速释放,从而破坏层状液晶相,从而导致这种超大收缩。纤维作为光驱动的构建块,可以实现精确的折纸,模仿“破损”蜘蛛网的恢复,并筛选不同尺寸的物体,为光驱动 LCPs 从仿生机器人到人类助手的高级应用奠定了新的基础。
在当前基于光的图案化技术中,图像被投射到感光材料上以在光聚焦的区域中生成图案。因此,图案的大小、形状和周期性由光掩模或投影图像上的特征决定,材料本身通常不会在改变特征方面发挥积极作用。相比之下,偶氮苯聚合物提供了一种独特的光图案化平台,其中偶氮苯基团的光异构化可以在分子、微观和宏观尺度上引起大量的材料运动。通过暴露于干涉光束可以产生稳定的表面浮雕图案。因此,可以以非常简单的方式在大面积上制造具有二维和三维空间控制的周期性纳米和微观结构。偏振光可用于通过不寻常的固体到液体的转变引导固体偶氮苯聚合物沿光偏振方向流动,从而允许使用光制造复杂结构。本综述总结了使用偶氮苯聚合物进行先进制造的最新进展。包括简要介绍偶氮苯聚合物的有趣的光学行为,然后讨论偶氮苯聚合物的最新发展和成功应用,特别是在微纳米制造领域。
荧光太阳灯的紫外线确实能抑制 CHS 的诱发,而窄带 UVB(3 1 1-312 um)却不能,尽管这两种光源都会导致尿刊酸的光异构化 [26]。因此,尿刊酸是否是皮肤中唯一的光感受器仍存在疑问。Kripke 等人的研究表明,DNA 也可能充当光感受器。这些研究使用了两种实验方法。Apple gate 等人观察到,在紫外线暴露后用光复活光照射有袋动物 Monodelphis domestica 可逆转紫外线引起的 CHS 抑制 [63]。因为用可见光照射 M. domestica 会激活修复嘧啶二聚体的光复活酶 [64],所以这些研究表明 DNA 是光感受器。第二种方法是利用脂质体将噬菌体切除修复酶 T4 核酸内切酶 V 引入小鼠体内 [64]。动物暴露在 UVR 下,然后将悬浮在水凝胶载体中的脂质体涂到小鼠皮肤上。当将含酶的脂质体涂抹到受辐射动物的皮肤上时,紫外线诱导的 CHS 和 DTH 抑制均受到抑制。当将含有热灭活酶制剂的对照脂质体涂抹到皮肤上时,没有观察到抑制的抑制。此外,
将多种独立的信号处理策略结合在单个设备中的人工突触是实现类脑计算中高密度集成、能源效率和快速数据处理的关键因素。通过控制功能复杂性,在突触装置中使用由多种材料组成的混合物作为活性成分代表了在突触回路中编码短期增强 (STP) 和长期增强 (LTP) 的有效途径。为了应对这一巨大挑战,本文开发了一种新型 Janus 2D 材料,通过在 2D 二硫化钼 (MoS 2 ) 的两个表面上不对称地涂覆电化学可切换的二茂铁 (Fc)/二茂铁 (Fc + ) 氧化还原对和光响应的光致变色偶氮苯 (Azo) 来制备。通过改变电化学刺激的强度,可以控制 STP 和 LTP 之间的转变,从而触发 MoS 2 上 Fc/Fc + 对的电化学掺杂或控制此类氧化还原物质在 MoS 2 上的吸附/解吸过程。此外,通过激活偶氮苯化学吸附分子的光异构化并因此调节 2D 半导体的偶极子诱导掺杂,可以记录较低强度的 LTP。值得注意的是,电化学和光学刺激的相互作用使得构建人工突触成为可能,其中 LTP 可以提升到 4 位(16 个记忆状态),同时用作 STP。
偶氮苯分子开关通过E和Z异构体之间的光异构化广泛用于感光材料的特性和细胞培养中的生物学活性。但是,由于人口拍照不完整,因此它们的动态财产控制范围通常很小。而且由于它们不能用红色/NIR光进行操作,因此通常不适用于深层组织。在这里,我们在活组织中> 700 nm> 700 nm,证明了一种有效的偶氮烯和谷氨酸受体活性的单光子光控制的通用方法。我们使用红色/NIR发色团辅助机进行分子内能量转移到生物活性偶氮烯,该偶氮烯驱动了快速散装Z→E同源化,甚至达到> 97%的完整性。辅助/偶氮苯二元组允许使用光子效率进行> 700 nm的照相,甚至可以比紫外线区域中直接偶氮苯E→Z同源化的光子效率更高;它们具有生物相容性和光稳定性。至关重要的是,它们的性能属性是固有的,即基于辅助的分子内切换将在任何稀释下进行相同的性能,并且不会受到生物分布的影响。我们表明,这些二元组可以由大多数偶氮苯系统(大多数辅助发色团)直接创建,而无需棘手的分子重新设计或重新计算。在概述了可以指导其更广泛采用的一些基于辅助的照相的规则之后,我们通过使用Dyads来首次演示对生物学活性,细胞培养和完整脑组织的首次演示。