【科创热榜前沿科技周报】-123期转贴

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前沿科技盘点〔123〕｜“3D通道迷宫”实现精准药物缓释；分子铁电钙钛矿催化突破，效率飙升1200倍
原文链接:https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0241231_191228.html

近日，中国科学院科研团队应用同步辐射显微计算机断层扫描对茶碱微丸缓释片进行3D成像，探讨了缓释片整体结构及单微丸在释药过程中的内部结构变化，并结合微丸缓释片整体和单微丸的释放动力学特征，提出了“3D通道迷宫”的药物缓控释放新机制。

近日，东南大学化学化工学院“分子铁电科学与应用”江苏省重点实验室游雨蒙教授、熊仁根院士团队与厦门大学汪骋教授团队合作以钙钛矿铁电体3,3-二氟环丁基铵氯化铜（Cu-DFCBA）为铁电催化剂用于烷烃氧化反应。通过超声刺激，取得了2402的高催化转化数（TON），相比于无机铁电材料提升了1200倍。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第123期。

1《Journal of Controlled Release》丨“3D通道迷宫”实现精准药物缓释

“3D通道迷宫”释放模型

近日，中国科学院上海药物研究所张继稳团队联合中国科学院上海高等研究院、临港实验室、西藏大学、英国布拉德福德大学等高校院所的科研人员，应用同步辐射显微计算机断层扫描对茶碱微丸缓释片进行3D成像，探讨了缓释片整体结构及单微丸在释药过程中的内部结构变化，并结合微丸缓释片整体和单微丸的释放动力学特征，提出了“3D通道迷宫”的药物缓控释放新机制。

茶碱微丸缓释片的研究揭示了一种新颖的“3D通道迷宫”机制，该机制通过复杂的内部结构控制药物释放。研究表明，微丸在药片中径向随机分布，背面数量多于正面，并由茶碱单微丸、缓冲保护层和基质层组成。单个微丸直径为0.5至1.2毫米，包衣层厚度约100微米。

速释阶段，外围基质迅速溶出，核心区域保持稳定；而边缘缺乏保护的微丸开始溶解。进入控释阶段后，微丸溶解产生细小通道，药物分子需经过曲折孔隙缓慢释放。这种“3D通道迷宫”的结构导致药物分子的释放路径各异，部分快速找到出口，其他则延迟，形成有效的控释效果。

与传统缓释给药系统的扩散机制不同，“3D通道迷宫”模型强调药片内部孔隙网络的门控作用。“3D通道迷宫”机制为剖析茶碱微丸缓释片的缓控释放机制提供了新视角。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... 24008563?via%3Dihub

2《Advanced Materials》丨分子铁电钙钛矿催化突破，效率飙升1200倍

铁电体是一类通过电极化方式对电场、应力、压力、温度、光等外界作用进行响应的先进功能材料，广泛应用于存储器、传感器等领域。近年来，因其自发极化引发电荷分离的特性，在增强催化效率方面展现出巨大潜力，尤其在水分解、染料降解和二氧化碳还原等反应中。然而，传统无机铁电体如BaTiO3，尽管性能优越，但在制备条件、能量转移效率及长期稳定性上存在局限。作为无机铁电体的有益补充，分子铁电体具有柔性、低成本、结构可调控、室温溶液法合成以及无需额外极化处理等诸多特性，正逐渐成为研究热点。分子铁电体不仅能够直接利用金属节点和有机基团作为催化活性位点，还具有与溶剂声阻抗匹配的特点，有助于能量高效传递。然而，分子铁电体在催化领域的潜力尚未得到充分挖掘，有待进一步探索和研究。

近日，东南大学化学化工学院“分子铁电科学与应用”江苏省重点实验室游雨蒙教授、熊仁根院士团队与厦门大学汪骋教授团队合作，以钙钛矿铁电体3,3-二氟环丁基铵氯化铜（Cu-DFCBA）为铁电催化剂用于烷烃氧化反应。通过超声刺激，取得了2402的高催化转化数（TON），相比于无机铁电材料提升了1200倍。同时，该研究验证了多种含C-H键底物的转化能力，成功制备出多种目标产物。结合拉曼光谱、高分辨X射线光电子能谱和扫描开尔文探针显微镜等表征手段，研究团队进一步揭示了催化反应的内在机制。研究成果不仅证明了分子铁电体在催化中的强大潜力，还为其拓展至光电耦合反应、手性催化等领域提供了新思路。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202413547

3《Advanced Materials》丨告别高频振动，废旧NCM材料实现高效再利用

直接回收技术能够有效地解决废旧锂离子电池造成的环境污染和资源浪费问题。然而，由于充放电过程中，过渡金属(TM)原子在平面内和平面外迁移导致的尖晶石/岩盐相形成及旋转堆垛错位，使直接回收技术修复的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)黑粉显示出不佳的循环寿命。在充放电过程中，正极中TM─O共价键会发生拉伸振动（z方向，平面外）和弯曲振动（x、y方向，平面内），其振动频率会影响正极材料的晶格稳定性。其高频拉伸振动会导致TM原子从TM层迁移到Li层，形成尖晶石/岩盐相，从而阻碍循环过程中Li+的传输，影响正极的循环寿命因此，为了提高正极材料的循环稳定性，低振动频率是有利的。

针对以上问题，近日西安交通大学郗凯、丁书江团队联合清华大学深圳国际研究生院周光敏等人提出并验证了构建低频声子色散关系的方法，通过降低过渡金属氧共价键的弯曲和拉伸振动频率来抑制TM原子迁移和缺陷结构形成实现再生正极的高寿命循环。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202413753

4《Materials Today》丨纳米晶与多孔结构联手，热电材料性能飞跃

固态热电技术可以实现热能与电能之间的直接相互转换，在航天探测器以及微型电子器件精准控温等方面具有广泛的应用前景。在热电材料研究领域，常通过构建纳米尺度的晶粒或者多孔结构来有效降低材料晶格热导率，从而提升材料的热电性能。然而在实际应用中，具有纳米尺度晶粒的材料在高温环境服役过程中，面临着晶粒长大乃至蠕变的问题，从而导致材料性能衰减乃至器件失效；而材料中的多孔结构也会影响载流子输运，有可能导致材料电性能的下降。截至目前，这仍然是热电领域极为重要的两个科学问题。

西安交通大学材料学院材料强度组武海军教授与哈尔滨工业大学研究团队通力合作，结合高能球磨合金化和热压烧结，在MgAgSb热电材料中同时构建了超细纳米晶（平均晶粒约为93nm）和多尺度纳米孔洞两种缺陷结构，获得了接近MgAgSb材料非晶极限的晶格热导率和超过目前所有MgAgSb基材料的热电优值。与高性能的n型Mg3.2(Bi, Sb)2热电材料组成的热电器件的制冷性能超过了先前报道的非Bi2Te3热电器件的性能。该研究创新性地将细晶结构和纳米多孔结构应用到热电制冷器件中，显著提升了制冷性能并避免了材料性能的高温衰减。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1369702123000834

5《Science Bulletin》丨战胜稻瘟病：水稻细胞内的抗病策略

PIBP4-OsRab5a转运机器调控PigmR介导的植物免疫模型

水稻是重要的主食来源。真菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病是水稻的严重病害。有研究发现，抗病受体NLR类蛋白在植物免疫调控中发挥重要作用，并在分子抗病育种中得到广泛使用。而NLRs介导的免疫激活和抗病信号转导机制尚不清楚。

近日，中国科学院院士、分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华研究组联合云南大学研究员刘军钟研究组，在研究中鉴定出一个源自农家品种的广谱持久抗稻瘟病新位点Pigm。该位点中的NLR受体蛋白PigmR通过与RRM转录因子相互作用激活下游免疫反应，并保护免疫代谢通路免受病原菌攻击，整合植物的基础防卫（PTI）和效应子触发的防卫（ETI），赋予水稻广谱抗病性。

进一步研究揭示，PIBP4和OsRab5a两个囊泡转运途径相关蛋白与PigmR相互作用，其存在对PigmR在细胞膜微区的累积至关重要。当这些蛋白缺失时，PigmR介导的抗病性会减弱。此外，位于细胞膜微区的PigmR能激活小GTP酶OsRac1，触发活性氧信号传导，增强水稻对稻瘟病的抵抗。

这项研究发现了新的NLR免疫信号通路，为植物抗病机制的理解及分子育种提供了新视角和靶点。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... 24009113?via%3Dihub