一、受珍珠啟發(fā)的功能性生物材料制備、表征及在食品包裝中的應(yīng)用

有人鐘意海邊拾貝的歡脫愜意，有人享受煙火氣里貝類海鮮的肥美可口，而“吃貨”鐘佳琦則在品嘗貝類的同時，“順手”在國際頂刊發(fā)表了一篇論文。品味著貝類的鮮美多汁卻意外被它獨特的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)吸引貝殼內(nèi)部在光線下呈現(xiàn)不同的色彩且質(zhì)地堅硬具有保護性如果可以模仿珍珠層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓食品包裝不僅具有美學(xué)欣賞價值，還具有保護劑和傳感器的作用，就可以進一步提升食品包裝的性能一篇論文的思路就此打開。

近日，江南大學(xué)食品學(xué)院金征宇院士團隊在國際食品頂刊《Trends in Food Science & Technology》發(fā)表了題為“Pearl-inspired functional biomaterials: Review of their preparation, characterization, and application in food packaging（受珍珠啟發(fā)的功能性生物材料制備、表征及在食品包裝中的應(yīng)用）”的綜述論文。Jiaqi Zhong為第一作者。陳龍副研究員為通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104774

幾個世紀(jì)以來，珍珠各層的形成、形態(tài)和特性一直吸引著科學(xué)家和工匠。珍珠層是在軟體動物的殼內(nèi)形成的，具有獨特的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征是有機物質(zhì)和碳酸鈣晶體交替層。理解珍珠形成的復(fù)雜性不僅僅具有美學(xué)欣賞價值。最近，人們對探索受珍珠啟發(fā)的材料在各個領(lǐng)域（包括食品行業(yè)）的潛在應(yīng)用越來越感興趣。本文首先回顧了珍珠層的形成、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，旨在闡明如何組裝仿生功能材料以用于食品領(lǐng)域。討論了包括自組裝、生物礦化、3D 打印和真空過濾等各種制造方法在模仿天然珍珠復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的潛力。隨后強調(diào)了這些受珍珠啟發(fā)的仿生材料在食品包裝中作為保護劑和傳感器的潛在應(yīng)用。

將珍珠層狀結(jié)構(gòu)融入包裝材料中可顯著提高其機械性能和阻隔性能。此外，包裝材料的光學(xué)性能可以進行精細調(diào)整。例如，可以將其設(shè)計為光學(xué)透明的同時具有紫外線屏蔽能力。還可以設(shè)計成具有彩虹般的外觀，這可能會增強某些食品包裝材料的美學(xué)吸引力。模仿珍珠層的方法正被用于提高適用于包裝材料的生物基薄膜的功能性能，并創(chuàng)造新的功能，如傳感和自修復(fù)。這些特性可能會提高包裝食品的質(zhì)量、安全性和保質(zhì)期。

然而，這一領(lǐng)域仍需要進一步的研究和開發(fā)。與傳統(tǒng)包裝材料相比，生物基材料在模擬珍珠層的 “磚 - 泥” 結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用仍然有限，應(yīng)該探索更廣泛的生物材料和組裝方法。此外，雖然在提高受珍珠啟發(fā)的生物材料的機械性能方面已經(jīng)取得了重大進展，但復(fù)制其多尺度結(jié)構(gòu)特征以實現(xiàn)其他功能仍然是一個挑戰(zhàn)。研究人員目前正專注于增強界面相互作用并優(yōu)化這些材料的微觀和納米結(jié)構(gòu)以解決這個問題。目前，大部分研究仍處于實驗室階段，在擴大到工業(yè)生產(chǎn)方面存在重大挑戰(zhàn)。研究人員正在致力于開發(fā)可擴展的制造技術(shù)和連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，例如可控分層和高效的自組裝方法，這可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，同時保持生物材料的結(jié)構(gòu)完整性。這些領(lǐng)域有望成為未來研究的重點。此外，在食品包裝中進行嚴(yán)格的安全評估至關(guān)重要，特別是關(guān)于化學(xué)遷移和微生物污染方面。許多處于探索早期階段的研究尚未解決這些問題。因此，建議建立標(biāo)準(zhǔn)化的長期測試和監(jiān)測協(xié)議，以滿足監(jiān)管要求并確保消費者安全，最終促進這些材料在食品包裝中的實際應(yīng)用和更廣泛的采用。

二、靶向氧化還原通路是治療去勢抵抗性前列腺癌的潛在手段

江南大學(xué)陳永泉教授課題組王榮博士等在Advanced Science在線發(fā)表了題為“Identification of PRDX5 as A Target for The Treatment of Castration-Resistant Prostate Cancer”的研究論文。該研究通過一系列的細胞、動物水平挖掘驗證，提出了PRDX5通過調(diào)控氧化還原影響去勢抵抗性前列腺癌（CRPC）進展的新機制，并挖掘了其靶向新型小分子藥物聚普瑞鋅（Polaprezinc，POL）在細胞、動物、以及臨床對CRPC的治療效果。對前列腺癌臨床耐藥提供了新型靶標(biāo)，為CRPC患者提供了聯(lián)合阿比特龍治療的新型藥物的可能性，以延長CRPC患者生命周期。

論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38115765/

PRDX5抑制劑聚普瑞鋅對CRPC患者腫瘤的穩(wěn)定作用

三、挖掘老黃酶催化不對稱MBH反應(yīng)的隱藏功能

江南大學(xué)生物工程學(xué)院劉立明教授團隊基于MBH (Morita-Baylis-Hillman)反應(yīng)與老黃酶(OYE)天然還原反應(yīng)之間的底物相似性，挖掘了OYE催化非天然MBH反應(yīng)的混雜功能；通過MD及QM計算模擬系統(tǒng)闡釋了GkOYE催化MBH反應(yīng)的分子機制；隨后，通過提高底物結(jié)合親和力和翻轉(zhuǎn)產(chǎn)物選擇性的策略進行蛋白質(zhì)工程改造，獲得了對映體互補的突變體GkOYE.11和GkOYE.13。這些結(jié)果為手性MBH產(chǎn)物的酶法合成提供了全新工具。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50141-2

解鎖老黃酶催化不對稱MBH反應(yīng)的隱藏功能

四、機器學(xué)習(xí)增強羧酯酶的立體選擇性發(fā)散進化

江南大學(xué)生物工程學(xué)院倪曄教授團隊采用機器學(xué)習(xí)輔助實現(xiàn)酶立體選擇性的定向進化，通過開發(fā)的高通量篩選方法，將訓(xùn)練后的機器學(xué)習(xí)預(yù)測模型應(yīng)用于設(shè)計組合突變體，成功實現(xiàn)羧酸酯酶AcEst1立體選擇性的發(fā)散進化，構(gòu)建了(R)-和(S)-立體選擇性的突變酶，在1 M底物濃度下實現(xiàn)(R)和(S)-環(huán)己-3-烯-1-羧酸（CHCA）的合成制備，并通過QM/MM揭示了羧酯酶及其突變體立體選擇性調(diào)控的分子機制。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-53191-8

五、面向水系鋅離子電池低溫環(huán)境應(yīng)用的高熵電解液研究

江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院的賈浩研究員團隊通過共溶性溶劑組合的高熵電解液策略來改善低溫下水系電解質(zhì)的凍結(jié)問題，同時抑制日歷腐蝕，并提升鋅離子的轉(zhuǎn)移動力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)，通過等體積混合多組有機溶劑組分，不僅實現(xiàn)了氫鍵的重構(gòu)，還改變了電解質(zhì)中鋅離子的溶劑化環(huán)境。高熵電解質(zhì)策略以其低成本、高效率和可擴展性等優(yōu)勢，為下一代水系儲能系統(tǒng)的發(fā)展提供了新思路。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202304285

高熵電解液調(diào)控鋅離子水合結(jié)構(gòu)原理示意圖

六、高分子氣凝膠復(fù)合材料

江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉天西、樊瑋教授團隊編著的《高分子氣凝膠復(fù)合材料》一書，最近由科學(xué)出版社出版。作者團隊創(chuàng)新性地提出納米顆粒實現(xiàn)氣凝膠孔徑調(diào)控的新策略，研發(fā)了高柔彈性聚酰亞胺納米纖維氣凝膠新材料。本書系統(tǒng)地總結(jié)了現(xiàn)階段高分子氣凝膠復(fù)合材料的國內(nèi)外研究進展及成果，為研發(fā)高性能、多功能的高分子氣凝膠復(fù)合材料提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐，對高分子材料學(xué)科的發(fā)展具有一定促進作用。

七、耐應(yīng)變功能納米復(fù)合材料的固液兩相增材制造

江南大學(xué)機械工程學(xué)院劉禹教授、王震宇副教授團隊研發(fā)了一種增材式固液兩相組裝工藝，成功制備了具有3D雙連續(xù)相系統(tǒng)的納米復(fù)合材料。這一新型復(fù)合材料由柔性固相和導(dǎo)電液相交替排列而成，這種獨特的固液兩相結(jié)構(gòu)使得復(fù)合材料在外部應(yīng)變干擾下呈現(xiàn)出極為穩(wěn)定的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能，為解決傳統(tǒng)固相納米復(fù)合材料功能特性易受外部應(yīng)變影響的難題提供了新思路。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202404373

八、用于極端環(huán)境下空氣過濾和氨氣傳感的纖維素基自供電醫(yī)療保障裝置

江南大學(xué)機械工程學(xué)院王利強教授團隊為了在空氣污染、有毒氣體排放和微生物滋生等極端環(huán)境中保護人體健康。課題組采用紡絲和退火處理，將形成肖特基結(jié)的納米雜化片接枝到纖維素納米纖維并構(gòu)建自供電醫(yī)療保障裝置。該裝置實現(xiàn)了低壓降（52 Pa）和高過濾效率（PM0.3為 98.72 %）之間的平衡，即使在高溫高濕條件下也表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。而且可精確檢測痕量 NH 3，比商用 NH? 監(jiān)測器提前28s預(yù)警。這項研究為開發(fā)應(yīng)用于在惡劣環(huán)境中的多功能自供電可穿戴醫(yī)療設(shè)備提供了一種新方法。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110323

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c05089

九、透明目標(biāo)檢測分割方面取得新進展

江南大學(xué)人工智能與計算機學(xué)院晏濤副教授課題組在透明目標(biāo)檢測與分割方面的研究工作取得重要進展。提出利用重影這一玻璃表面固有光學(xué)特性來實現(xiàn)玻璃表面檢測，有兩個主要的技術(shù)創(chuàng)新。首先，構(gòu)建了一個重影圖像成像模型，以描述玻璃表面上主要反射和背景透射之間的強度和空間關(guān)系。基于該模型，構(gòu)建了一個新的玻璃表面重影數(shù)據(jù)集（GSGD）。其次，提出了一種名為GhostingNet的新方法。該方法由重影效果檢測（GED）模塊和玻璃表面檢測（GSD）模塊組成。GED模塊的關(guān)鍵組成部分是一個新穎的雙反射估計（DRE）模塊，對反射層的空間偏移進行建模，用于檢測重影效應(yīng)以指導(dǎo)GSD模塊進行玻璃表面檢測。

論文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10684046

GhostingNet 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

十、通過聲學(xué)非厄米紋理實現(xiàn)工程高階拓撲約束

江南大學(xué)理學(xué)院胡博倫教授及合作者在非厄米高階拓撲聲子晶體研究中取得了重要進展。研究人員在二階拓撲聲子晶體結(jié)構(gòu)中引入非厄米增益和損耗因子，成功觀測到拓撲角態(tài)和邊界態(tài)的能量增強或衰減，并通過調(diào)節(jié)非厄米因子實現(xiàn)了對聲局域強度的靈活調(diào)控。這一成果為基于經(jīng)典波的非厄米與高階拓撲效應(yīng)研究，及其在能量收集、波動信號處理等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406567

十一、微波傳感器為氣體檢測和海洋環(huán)境監(jiān)測提供全新方案

江南大學(xué)集成電路學(xué)院顧曉峰教授、梁峻閣副教授團隊開發(fā)了三款創(chuàng)新的微波傳感器。第一款是利用冷凝效應(yīng)檢測丙酮氣體的微波傳感器，無需傳統(tǒng)敏感材料，通過降溫至丙酮沸點以下，使氣體在傳感器表面冷凝，實現(xiàn)了精確檢測。第二款是多層結(jié)構(gòu)的微波海洋環(huán)境傳感器，它增強了電磁場強度，無需敏感材料即可監(jiān)測海霧生成、鹽含量和濕度，提高了監(jiān)測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。第三款是微波傳感器陣列，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，能同步高精度檢測固體材料的多種特性參數(shù)，如距離、形狀、厚度等，適用于工業(yè)自動化和物質(zhì)電磁特性分析。這些傳感器的開發(fā)為相關(guān)領(lǐng)域帶來了新的技術(shù)和應(yīng)用前景。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c01108

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400524011808

https://ieeexplore.ieee.org/document/10216782

十二、低功耗、高幀率浮柵圖像傳感器

江南大學(xué)集成電路學(xué)院顧曉峰教授、虞致國教授課題組在圖像傳感器技術(shù)上提出了一種新型的讀出架構(gòu)，優(yōu)化了浮柵圖像傳感器（FGIS）的性能。該架構(gòu)解決了擴大像素陣列時遇到的數(shù)據(jù)量大、讀出速度慢和功耗高的問題。研究實現(xiàn)2500×2500像素FGIS的高幀率每秒270幀，以及低功耗每列43.87微瓦，較傳統(tǒng)設(shè)計節(jié)能52%。新架構(gòu)通過引入旁路電流鉗位電路和正反饋單元的單斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器，顯著提升了傳感器性能，限制了非線性變化，并擴展了動態(tài)范圍至75分貝。此外，隨機噪聲和固定圖案噪聲均達到優(yōu)秀水平，顯示了該技術(shù)在圖像傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

論文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10678840