《上海高研院等在Nature Reviews Methods Primers创刊号发表“DNA折纸术”领域引导性综述》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-02-03
  • 近日,Nature系列新上线期刊Nature Reviews Methods Primers邀请DNA纳米技术领域多个国家的知名学者,包括上海交通大学樊春海院士、中国科学院上海高等研究院李江研究员,美国亚利桑那州立大学Hao Yan教授、耶鲁大学Chenxiang Lin教授,德国慕尼黑工业大学Friedrich C. Simmel教授、杜伊斯堡-埃森大学Barbara Saccà教授、马普研究所Na Liu教授,丹麦奥胡斯大学Kurt V. Gothelf教授等,共同撰写了题为 “DNA origami” (DNA折纸术)的领域引导性综述,并发表于该刊2021年1月的创刊号上,编辑同期配发了PrimeView进行推介。

    Nature Reviews Primers综述通常围绕一个重要主题,邀请跨地区跨学科的多名顶尖学者合作撰写,旨在面向更为广泛的读者,概述该主题相关方向的发生发展、方法与应用。

    发表于Nature Reviews Methods Primers创刊号的《DNA折纸术》

    DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米技术的一个重要分支。该方法发明于2006年(Nature 2006),即利用上百条短单链DNA作为“订书钉”,辅助折叠一条长达数千碱基的噬菌体基因组单链DNA,并自组装形成预先设计的结构。近年来,DNA折纸术迎来了快速发展,目前几乎可以定制任意形状的复杂几何结构,包括各种实心或者镂空的3D结构、复杂曲面结构、可以动态变构的纳米装置与纳米机器人等等。多种界面友好的DNA折纸设计软件也先后出现,大大降低了DNA折纸术的门槛,使初学者也可以方便地设计定制的折纸结构,从而推动了整个领域的繁荣发展。

    该引导性综述论文概述了DNA折纸术的设计、合成、纯化、表征、保存等方法,并且对于不同技术路径的优缺点和适用场景进行了论述。以DNA折纸作为模板或框架,可以定制纳米级精度的金属、矿物、有机分子、生物大分子等材料的纳米结构。论文展示了DNA折纸术在多个领域具有代表性的前沿应用,包括微纳制造、纳米光子学/电子学、生物成像、生物催化、药物递送、生物物理学、生物计算与纳米机器等。同时,本文也讨论了DNA折纸术面临的一些挑战,例如缺陷控制、结构稳定性等,并提出了可能的解决方案。

    论文对DNA折纸术的未来发展提出了设想。如,引入更加模块化、自动化的设计与合成理念,并将这些理念推广到其他的大分子的微纳制造领域;构建多尺度精确(精度跨越亚纳米到厘米尺度)的DNA结构;制造具有智能的DNA或RNA机器人,并在动物和人体内工作,实现真正的智能诊疗应用。可以预期,在DNA折纸术诞生十五年之际发表该论文有望推动这一技术的进一步发展,吸引不同专业背景的学者加入,催生更多的理论与技术创新,并共同推动DNA纳米技术在交叉学科领域中的应用与突破。

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    • 编译者:冯瑞华
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    • 中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳(通讯作者)及其团队成员王蒙(第一作者)在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials,封面论文)上发表综述,评述了新型双离子电池体系中的反应机理、优势、挑战及最新研究进展(A Review on the Features and Progress of Dual-Ion Batteries 2018, 8, 1703320)。   双离子电池具有高工作电压、低成本、环保且易回收等优势,已受到国内外的广泛关注。但由于传统双碳结构的双离子电池因石墨的压实密度和理论容量的限制,因此能量密度较低。鉴于此,唐永炳团队提出了一种一体化电极的设计思路,以廉价、环保且储量丰富的铝箔同时作为负极活性材料和集流体,与石墨正极材料构建了新型高效低成本铝-石墨双离子电池体系(Adv. Energy Mater., 2016,6,1502588;PCT/2015/09996)。该电池体系采用廉价且环保的铝箔和石墨分别作为负极和正极材料,省去了钴酸锂等传统正极材料,电池更为环保且回收容易,并大幅降低制造成本,平均工作电压高达4.2V,显著提升了双离子电池能量密度。此外,团队还将一体化电极设计思路成功拓展到了新型锂电体系(Adv.Mater. 2016,29,1604219; PCT/CN2016/081346, PCT/CN2016/081344, PCT/CN2016/081345),显著提升了传统锂电的能量密度,并大幅降低制造成本。   团队后续为提高铝负极在新型电池中的稳定性,对其进行了结构和界面的调控,分别研发出三维多孔铝/碳负极(Adv.Mater.,2016,28,9979,PCT/CN2016/081344;PCT/CN2016/081345)、具有中空界面结构的铝负极(Adv.Mater.,2017,29,1606805)、碳包覆的纳米铝负极(Adv.Energy Mater.,2017,7,1701967)、活性材料/集流体/隔膜一体化的多功能电极(Adv.Funct.Mater.,2017,1703035; PCT/CN2017/078204)以及超高倍率性能的一体化柔性电池(Adv. Energy Mater.,2017,7,1700913; PCT/CN2017/078205)。团队还将一体化设计的新思路拓展到了储量丰富的碱(土)金属离子电池体系,成功研发出了成本更低且不依赖于有限锂矿资源的环保型钠基双离子电池(Adv.Energy Mater., 2017,7, 1601963;PCT/CN2015/099967)、钾基双离子电池(Adv. Mater., 2017,29,1700519; Adv.Energy Mater.,2017,7,1700920,PCT/CN2017/074632)以及新型室温高电压钙离子电池(Adv.Sci,2018, 1701082; Nature Chemistry 2018,10,667; CN201710184368.1, PCT/CN2017/078203)。   团队基于上述技术已申请发明专利55项,PCT专利21项,中国发明专利26项,美国专利2项,欧盟专利2项,日本专利2项,韩国专利2项,并成功完成了技术转移孵化,建成的圆柱、软包、方壳电池中试产线已顺利完成验收,研发的新型电池已顺利通过第三方权威机构检测。   该系列研究工作得到了中国科学院科技项目、广东省科技项目、深圳市孔雀团队和孔雀人才等的资助。
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    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-03-16
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