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1.现代工学院鲁振达、张伟华课题组合作实现了超,dpi的量子点印刷

2.现代工学院于涵洋课题组报道了靶向PD-L1蛋白的TNA适体及在肿瘤免疫治疗中的应用研究

3.现代工学院张伟华、鲁振达课题组合作测定了单颗油相纳米颗粒的带电量

4.现代工学院徐挺课题组在超表面偏振光学领域取得新进展

5.现代工学院江伟课题组:基于波导超晶格的光学相控阵

6.现代工学院朱嘉课题组在纳米尺度高纯半导体杂质调控方向取得新进展

7.现代工学院郝玉峰课题组:可用于金属表面持久防腐的少层石墨烯薄膜

1、现代工学院鲁振达、张伟华课题组合作实现了超,dpi的量子点印刷

随着光通信芯片、生物传感器等新型器件不断发展,传统的基于硅基的光刻加工技术的局限性越发明显。而对低成本,高精度,适合非硅基材料,可规模化的微纳加工技术的需求也变得日益紧迫。一种可能的解决方案是通过化学自组装进行增材制造,将各种预合成的功能纳米颗粒精确的组装在一起,实现材料宏观性能调控,最终构筑新型、高集成度的功能器件,并将其应用于能源、健康、环境和信息等重要领域。得益于胶体化学的快速发展,各类高质量的胶体纳米颗粒,包括超顺磁、半导体、金属、氧化物等纳米颗粒,已经可以精确合成和多功能控制。这种单分散、大小精确可调(1-nm)、形貌可控、具有独特的尺寸效应和功能的纳米颗粒作为“纳米积木”,是新型纳米器件的理想构建基元。但是,如何将多种功能纳米颗粒高精度、高选择性、快速、可控地组装成为纳米图案乃至器件仍是一个巨大的挑战,因此寻找可靠的组装方法是研究者和产业界一直追求的目标。

鉴于此,南京大学现代工程与应用科学学院鲁振达教授和张伟华教授课题组合作,开发了一种静电辅助的高精度(10nm),大面积(1mm),无非特异性吸附的多层纳米颗粒组装技术。该方法方便、快速、高效、对多种纳米颗粒具有普适性,可以实现超,dpi的纳米颗粒印刷。

该方法借助AFM扫描系统,首先利用高压探针在低表面能介电质衬底表面写出电势图案,然后旋涂纳米颗粒胶体溶液(纳米油墨)于衬底,实现纳米颗粒的大范围、高精度、图案化组装(图1)。高压探针书写的电势可产生两个作用:一是产生静电场对颗粒长程吸引,富集颗粒;二是在衬底表面图案位置产生局域表面改性,牢固绑定颗粒。同时,在非电势区域,衬底的低表面能可有效避免非特异性吸附,从而实现纳米精度、毫米范围、无缺陷的纳米颗粒表面组装。

通过重复“电势书写-颗粒组装”的循环,该方法可获得不同纳米颗粒的多层组合图案。我们使用了四种纳米颗粒,模仿打印了法国画家亨利·马蒂斯的著名画作《TheFallofIcarus》(图3)。白色、红色、绿色和蓝色分别用15nmFe2O3和对应发光颜色的CdSe

ZnS纳米颗粒来表现,多层组装过程无交叉污染,首次实现了真正的彩色纳米打印。

该方法有望为大规模纳米颗粒图案化组装和多功能纳米粒子集成提供了一个有效的工具,在下一代光子光电器件和生物医学器件等领域具有广阔的应用前景。

a)组装过程示意图;

b)非极性溶剂中电场力与电势中心空间距离的关系,百纳米的电场力作用范围可保证纳米颗粒被高效地富集到电势位置;

c)介电质表面能与电势位置关系图,电势中心去氟化提供的高表面能保证纳米颗粒的短程固定。

ArticleDOI:10./s---0

2、现代工学院于涵洋课题组报道了靶向PD-L1蛋白的TNA适体及在肿瘤免疫治疗中的应用研究

肿瘤细胞可以利用免疫检查点蛋白之间的相互作用实现免疫逃逸,基于抑制免疫检查点阻断策略的肿瘤免疫疗法已取得了良好的临床效果,其中一条重要的免疫抑制性信号通路涉及到程序死亡蛋白-1(PD-1)与其配体PD-L1。目前,靶向该信号通路的常用免疫抑制剂是单克隆抗体,抗体类药物存在生产成本高、易引起免疫相关不良反应等问题。核酸适体是一类可化学合成、免疫原性低的亲和性分子,可以通过筛选的方式获得。但是,天然核酸易被生命体系中的核酸酶降解,限制了其在体内的功能。苏糖核酸(threosenucleicacid,TNA)是一种含非天然糖环的人工核酸。因其化学结构简单以及与天然核酸形成碱基配对的能力,TNA被认为可能是进化过程中RNA的前体。而且TNA具有优越的抗核酸酶降解能力,可被发展为高生物稳定性的功能核酸,应用于各类生物医学应用中。近日,南京大学于涵洋课题组报道了靶向PD-L1蛋白的TNA适体及在肿瘤免疫治疗中的应用研究。

为了测试TNA适体在小鼠体内对肿瘤细胞的靶向性,作者向移植了小鼠结肠癌CT26肿瘤模型的小鼠体内,通过尾静脉注射了荧光标记的TNA适体。结果表明,TNA适体可以特异性富集在肿瘤部位。作者最后对TNA适体的抑制肿瘤生长的能力进行评估,结果表明:使用TNA适体N5处理组的小鼠肿瘤生长受到了抑制,且没有出现小鼠体重下降等不良反应。结合细胞*活性实验结果,表明TNA适体对肿瘤生长的抑制作用是因为阻断了PD-1/PD-L1的相互作用,从而激活了小鼠的先天性免疫反应,而不是因为TNA直接的细胞*活性导致的。

综上所述,这项工作开发了结合PD-L1蛋白的非天然核酸适体,并研究了非天然核酸适体在肿瘤免疫治疗中的作用。这项工作中鉴定的TNA适体对靶蛋白的亲和力在纳摩尔每升范围,在蛋白水平和细胞表面都可以阻断PD-1/PD-L1的相互作用。在动物实验中,TNA适体可以在小鼠结肠癌肿瘤部位富集,并且对肿瘤生长具有显著的抑制作用。这项研究展示了非天然功能性核酸在肿瘤免疫治疗方面的应用潜力。

图2.TNA适配体S42和N5抑制PD-1/PD-L1相互作用。(A)S42和N5的全长和截短形式的序列图。(B)ELISA竞争实验显示全长TNA适体抑制了50%以上的PD-1/PD-L1相互作用。(C)流式细胞仪分析的示意图。(D)S42和N5阻断了细胞表面上PD-1/PD-L1的相互作用。RFI:相对荧光强度。

ArticleDOI:10./D0CCA

3、现代工学院张伟华鲁振达课题组合作测定了单颗油相纳米颗粒的带电量

油相体系与水相体系是纳米材料合成领域的两大核心体系,长久以来人们相信合成并保存于油相的纳米颗粒不携带电荷,为此溶剂中颗粒-颗粒相互作用,颗粒-衬底相互作用完全由对应的范德华力来决定。这一假设也在实验上被传统的基于电泳光散射的Zeta电位测量所支持,构成了当前人们理解油相颗粒稳定性与组装行为的基础。然而Zeta电位测量方法多用于水相颗粒系统,并不适于油相颗粒带电量的精密测定。

为解决上述问题,南京大学现代工程与应用科学学院张伟华与鲁振达课题组合作使用扫描探针显微镜技术与荧光方法分别定量测量了包括单颗钙钛矿量子点,金属纳米颗粒,磁性纳米颗粒等在空气及溶液中的带电量,证实了油相纳米颗粒普遍携带净电荷,并在此基础上演示了电荷对静电组装行为的影响。

为测量单颗纳米颗粒在空气中的带电量,该工作对传统扫描静电力显微镜技术进行了拓展,通过测量针尖电压对颗粒-探针相互作用力的影响,建模得到单个颗粒的带电量。为测定液相中颗粒的带电量,该工作根据Gibbs-Boltzmann分布建立了颗粒在局域电场作用下的吸附模型,结合荧光显微镜技术定量得出了钙钛矿量子点在油相溶剂中的带电量。

(a-b)利用扫描探针技术可定量测量在不同针尖电压下探针与单颗量子点之间的作用力,从而进一步得到单量子点所携带的电荷量。同时,利用开尔文探针技术可测出静电组装模板中电荷点附近的电势分布

(c)并在此基础上计算出在溶液中电势的分布

(d)最终获得单量子点在溶液中所受电场力的作用

(e)在此基础上,该工作还定量测量了单颗钙钛矿量子点在局域静电场作用下的受力与在静电表面上的吸附行为,为提高颗粒的组装效率提供了定量基础。

ArticleDOI:10./acs.jpclett.0c

4、现代工学院徐挺课题组在超表面偏振光学领域取得新进展

近日,南京大学现代工程与应用科学学院徐挺教授课题组在超表面偏振光学研究方面取得重要进展,首次建立了一对任意正交的偏振态与两种不同振幅之间的映射关系。

光学超表面属于超材料的一种,是由许多亚波长纳米结构单元组成的二维功能性平面阵列结构。通过设计纳米单元结构,超表面有能力修改入射光波的波前、偏振方向,散射角以及强度分布等。它与传统光学器件相比,其中一个最吸引人们的属性是其可以同时完成多通道的独立波前编码。因此,许多研究团队都致力于研究光波不同要素之间的关系,如建立偏振与相位之间的关系可以拓展超表面的自由度,实现手性全息、手性超透镜、加速光束的控制等多功能器件。振幅是光波的基本要素之一,而关于偏振与振幅的关系尚未完全建立。

徐挺教授研究团队提出了一类新颖的超表面偏振光学器件,即一对任意的正交偏振态可以独立的操控两种不同的振幅(图1)。

该研究通过构建亚微米的超分子干涉系统,并引入传播相位(Propagationphase)和几何相位(Geometricphase)两种波前调制机制,分析了入射的偏振光与超分子系统的相互作用关系,进而得到超分子系统所需要满足的琼斯矩阵。在该系统中,相位的操控扮演着重要的角色,它作为一座桥梁建立起了偏振与振幅的关系。根据该原理,论文详细证明了基于单层超表面阵列的二色性器件,包括线偏振态、圆偏振态以及椭圆偏振态(图2)。

同时,论文还证明了一类新颖的光学器件,包括可切换的灰度超表面以及结构光的阴影渲染(图3)。

该工作拓展了超表面偏振光学的范畴,建立了偏振与振幅之间的关系,为多功能光子集成打开了一条新路径。

ArticleDOI:10./PhysRevLett..

5、现代工学院江伟课题组:基于波导超晶格的光学相控阵

光学相控阵在激光雷达、无线光通信、扫描成像等领域有广泛的应用前景。基于类似技术,射频相控阵曾经为雷达技术带来重大突破。然而光学相控阵长期以来由于阵元间距大于波长,较难达到类似射频相控阵的性能,应用受到较大限制。最近,来自南京大学的课题组报道了基于波导超晶格的半波长间距的光学相控阵,可有助于高性能光学相控阵及相关激光雷达等应用的发展。

光学相控阵从一系列阵元中发出相干光,并可调控每个阵元的相位导致波阵面发生旋转,从而改变光束的指向。相对于目前激光雷达中较多采用的机械旋转式光束扫描技术,光学相控阵在若干方面有明显的优势。遗憾的是传统的光学相控阵阵元间距大于波长,可导致其产生多个次光束。这些次光束降低了主光束的能效,并产生无益的干扰信号,同时还限制了扫描角度。原则上,如果能把阵元间距做到半波长,就能克服这些问题。在射频波段,半波长间距的相控阵几十年前就已实现并广泛应用。在光频波段,半波长阵元间距的相控阵却曾长期被认为较难实现,较少有人研究。

近几年,亚波长间距的高密度波导集成在多个应用方向得到了较多的

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