细胞不受控制的生长增殖和异常的血管系统导致肿瘤部位氧气供应不足,氧气浓度低于正常组织。细胞乏氧是大多数实体瘤的共同特征,可用作恶性组织和癌症进展的指标。准确的乏氧检测和成像对癌症患者的诊断和临床治疗至关重要。荧光成像具有高灵敏度、无创、实时等优点,常被用于癌症检查。偶氮基团由于其对荧光基团的荧光猝灭作用和还原断裂荧光恢复的特性,近年来被广泛用来构筑荧光探针,用于乏氧细胞成像。本文按不同的构筑策略分类介绍偶氮苯衍生物探针,阐述它们的作用机理和成像能力,并对此类探针的局限和未来发展进行总结和展望。

聚集诱导发光(AIE)现象的发现为解决传统有机荧光分子在高浓度和聚集形态下存在的荧光猝灭问题提供了最佳方案,并实现了在光电器件、化学传感、生物成像和靶向治疗等众多领域的广泛应用。随着对AIE发光机理研究的不断深入,AIE分子体系得到了极大的扩展。其中,一类具有给体-受体结构的AIE分子能够显著降低分子能隙,使发光分子波长从可见光区(400~700 nm)延伸到近红外(NIR)区(700~1700 nm)。由于NIR发光分子在生物医学领域中的独特优势,其已成为目前AIE研究的热点。随着对NIR分子设计及应用的不断探索,附加不同功能且发光波长更长的AIE分子也被开发出来了,并实现了对生物体特定组织的NIR荧光成像、光声成像、光动力治疗和光热治疗等。本文总结了近年来具有AIE性能的NIR荧光分子的结构及其在生物医学领域的相关应用。

多孔氮化石墨烯C₂N材料,凭借氮原子均匀掺杂石墨烯而形成具有周期性孔洞的二维富氮网络结构,近年来受到学术界的高度关注。本文综述了C₂N材料的最新研究进展,包括其合成方法、出众的结构力学、光吸收、热学和电磁性能,以及在电子器件、吸附分离、绿色催化和生物应用等方面的应用。预期C₂N材料将在未来一段时间内形成研究热潮。

微流控技术由于其反应装置小型化的特点,可精准地控制物质间交换,适用于纳米材料的合成,尤其是无机纳米粒子的精确调控。微流控装置可根据具体实验需求来设计和调整,完成多个实验步骤的集成,实现多个化学反应以及复合材料的制备。本文根据不同标准,对微流控反应装置进行了分类,介绍其特点,并阐明了装置中流体的流动状态,枚举了微流控装置在材料合成领域的范例,阐明了微流控体系的优势,可能存在的不足及解决办法,最后对微流控合成体系的发展进行了展望。

多肽基金属离子传感器作为一种基于多肽序列而设计的新型传感器,越来越受到研究者的关注。多肽作为一类重要的生物小分子,具有合成方法成熟、简便、成本低,且能够以多齿配位状态与金属离子结合等优点。多肽基传感器对金属离子具有高灵敏性和高选择性,且可以通过调节多肽序列进一步优化。与其他类型传感器相比,多肽基金属离子传感器具有良好的水溶性、生物相容性以及低毒性,因而在环境检测和生物医学分析与诊断,尤其是金属离子成像等方面,有重要的应用前景。本文主要综述了近年来不同类型的多肽基金属离子传感器,包括基于紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法和电化学分析法等的研究进展,以及它们在一些领域中的应用,特别是针对具有高生物学毒性的重金属离子(如Hg²⁺、Cd²⁺),以及在生物体内发挥重要功能的金属离子(如Cu²⁺、Zn²⁺)等的检测与生物成像等。最后,文章总结了多肽基金属离子传感器的优缺点,并展望了其未来发展方向和应用前景。

树状大分子具有精准的化学结构,包括小分子内核、多分枝形成的内部空腔以及表面大量的官能团,可用于负载多种纳米颗粒及进行功能化修饰。此外,基于树状大分子的优异性能,具有良好的生物相容性及稳定性,经过功能化修饰后,其可在体内实现较长时间的血液循环和较高的组织特异性。因此,近年来常将树状大分子作为构建SPECT成像造影剂的理想载体使用。通过不同功能基团修饰树状大分子,降低纳米载体的细胞毒性,提高肿瘤部位的富集等,以实现精准高效的SPECT成像。SPECT成像主要通过监测放射性核素的体内分布、流动及代谢情况以在分子层面上监测病灶部位的生理、病理学变化。相比于小分子的放射性核素,以树状大分子为载体构建的SPECT成像造影剂体内循环时间更长,且经过功能化修饰后可实现体内特异性分布。本文围绕各类放射性核素标记的功能化树状大分子进行了详细阐述,并总结归纳其制备方法及生物医学应用。最后,对这类基于树状大分子的SPECT成像造影剂在肿瘤早期诊断中的应用前景进行了展望。

内源性代谢物是机体生命活动的中间体和终产物,对其进行定性和定量分析在生命科学研究中具有重要意义。质谱能够同时提供化合物的定性和定量信息,已经成为一种通用的内源性代谢物分析技术。由于质谱是通过检测离子质荷比获取化合物组成信息,区分生物体内复杂多样代谢物同分异构体仍然是质谱分析亟待解决的难题之一。化学衍生通过放大同分异构体理化性质差异,能够增强质谱检测的灵敏度和特异性。本文介绍了化学衍生用于代谢物异构体质谱检测的研究进展,对用于脂质、糖类和手性氨基酸等精细结构异构体的化学衍生质谱分析方法及应用进行了综述。特别强调了微液滴化学反应加速在衍生化质谱分析中的发展,其有望成为代谢物实时原位衍生化检测的新方法。此外,将生物组织原位衍生化与质谱成像分析技术相结合,对于研究低丰度、非极性和异构体代谢物的空间分布及其功能具有重要价值。

碳系材料具有导电性强、稳定性好、价格低廉等优点,被广泛用于制备可拉伸导电复合材料,并且在可拉伸、可穿戴电子设备等领域有巨大的应用潜力,引起了研究者的密切关注。本文介绍了碳系材料的种类,主要有炭黑、碳纳米管和石墨烯等;总结了3种纳米复合材料的主要制备工艺:原位聚合法、熔融共混法和溶液混合法,并介绍了传统印刷技术和新型打印技术。分析了复合材料的导电机理,介绍了渗流阈值理论;并重点探讨了其在可拉伸传感器和可拉伸能量储存设备领域的应用。针对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料指出目前研究的不足之处:导电填料分散性差、导电网络不稳定和无法大规模生产等,并提出了多种解决方案。对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料在微型化、可拉伸、可穿戴电子设备领域的应用前景作出了展望。

与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一。掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(100~200 ℃)和低相对湿度下具有较高的质子传导率,以及较长使用寿命而成为研究的热点。高的磷酸掺杂量有助于质子传导率的提升,但也会牺牲膜的机械强度,因此已有大量致力于提升膜综合性能的改性研究。本文对目前基于磷酸基的聚苯并咪唑类、聚芳醚类等高温质子交换膜的改性策略进行评述,并梳理总结了包括 MOFs、COFs 在内的新型多孔材料在质子交换膜领域的应用,最后指出了高温质子交换膜当前面临的挑战。

锂硫电池理论能量密度高达2600 Wh·kg^-1,单质硫的理论容量可达1675 mAh·g^-1,远高于商业化的锂离子电池正极材料,但多硫化锂的“穿梭效应”等问题对其性能影响严重。目前研究主要采用基于“阻挡”的物理限制和化学吸附策略将多硫化锂限制在正极侧。而基于“疏导”的催化转化策略则通过加快氧化还原反应动力学,在抑制“穿梭效应”的同时实现降低过电位、诱导Li₂S均匀沉积等功能。本文综述了锂硫电池中的催化作用,基于是否产生氧化还原中间体将其分为吸附-转化机制和氧化还原介导机制两类;并介绍了相关的材料及常用的表征技术和研究方法。

随着可再生能源技术的不断发展,全钒液流电池作为具有较大发展前景的大规模储能装置,受到了国内外的广泛关注。离子导电膜作为全钒液流电池重要的组成部件之一,对于电池的性能、使用寿命和成本有着关键性的影响。根据国内外的研究报道,本综述详细介绍了全钒液流电池离子导电膜的科研与应用进展以及所面临的技术难题,为高性能、低成本、长寿命的离子导电膜的开发,促进全钒液流电池商业化利用提供了参考依据并对未来的研究方向进行了展望。

新兴有机污染物(Emerging organic contaminants,EOCs)是对人体健康及生态环境具有潜在或实质威胁的新型化学污染物。由于其被频繁使用且能在水生生态系统中持久性存在而对水生生物健康和安全造成严重威胁,故引起大众越来越多的关注。以活性污泥法为代表的传统水处理工艺通常不足以消除这些新兴有机污染物。为高效去除新兴有机污染物,基于新材料的高级氧化技术是最主要的深度处理技术之一。铁基金属-有机骨架(Fe-MOFs)及其复合物在诸多领域得到了广泛的应用,特别是在催化氧化去除水中有机污染物方面展现出良好的应用前景。通过合成方法改进、合成后改性以及与特定功能材料复合等方法可有效提升Fe-MOFs及其相关材料的吸附性能、增强其光吸收特性和促进载流子有效分离等。本文重点综述了Fe-MOFs及其复合物高级氧化(光催化、类芬顿和硫酸根自由基($SO_{4}^{-·}$)介导的氧化)去除水中新兴有机污染物的研究进展,并探讨了未来研究所面临的机遇和挑战。

印刷有机电子技术是基于印刷原理的有机电子器件制造技术,是指将有机电子材料配制成功能性油墨,用印刷方式来制造电子器件与系统的方法,其发展涉及到材料化学、微电子学等多个学科方面的知识。其独特的制造方式和器件形态具有柔性、低成本、大面积制造等优势,并且与传统硅基电子器件在应用场合上形成了互补,在生物传感、电子皮肤、柔性显示等领域展示出优势。为了及时跟进这一快速发展的领域,对领域的发展有宏观的把握,本文从印刷技术和电路系统的角度进行了全面概述,介绍了喷墨打印、丝网印刷和转印印刷等印刷技术和基于印刷技术制备的有机数字电路(反相器、与非门、环形振荡器、D触发器),以及实现功能化的印刷电子应用(RFID、电子皮肤、OLED显示驱动背板等);最后,对本领域目前存在的问题和未来发展方向做了简要探讨。