超材料前沿研究一周精选 2019年11月11日-11月17日

治疗具有特殊血液屏障的器官(如大脑、腹膜和眼腔)的癌症一直具有挑战性。特别是治疗恶性脑肿瘤(如胶质母细胞瘤;GBM)是非常困难的，因为肿瘤细胞通过手术切除和放射治疗存活下来，从而导致肿瘤复发。由于血脑屏障阻碍药物向脑肿瘤的传递，传统的静脉给药疗法成功率较低。虽然一些研究已经改进了对脑肿瘤的控制和靶向药物递送。例如，生物可降解的聚合物晶片被植入脑外科手术部位附近，局部的给剩余的脑肿瘤提供药物，具有一定的治疗效果。但预后仍需进一步改善。

近日，韩国首尔基础科学研究所Dae-Hyeong Kim等人开发出一种新的材料和设备技术用于将药物运输部至脑肿瘤，该装置是一种柔性、粘性和可生物降解的载药贴片，其集成了无线电子设备，通过温和的热驱动控制颅内药物传输。该特殊设计的粘性/疏水性装置可在脑外科手术部位进行保形粘连，提供了无线控制、空间聚焦和时间扩展的抗肿瘤药物递送，直至深入定位的脑肿瘤。同时最大限度地减少药物意外泄漏到脑脊液。整个装置的生物降解可最大限度地减少潜在的神经副作用。该装置在小鼠模型上的应用证实了其对肿瘤体积扩大的抑制效果，提高了存活率。此外，在大型动物模型(犬类模型)中的实验也预示了它在人类应用方面的潜力。该团队所提出的设计思路进一步推进了脑肿瘤颅内治疗技术的发展。相关研究发表在《Nature Communications》。（短文作者：丁雷）

文章链接：Jongha Lee,et al. Flexible, sticky, and biodegradable wireless device for drug delivery to brain tumors. Nature Communications, (2019) 10:5205.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13198-y.

在一维（1D）介质中，声波在两个方向上的行为相同：由于时间和空间反转下物理定律的对称性质，声波的传播具有互易性。互易性是波动方程式的基本属性，它决定了电磁，力学和声学等不同物理现象的动态平衡。尽管在本质上并不常见，但与方向有关的传播有时是一个理想的功能：它提供隔离功能，这在所有物理领域中尤其重要。在电磁学中，已经证明可以通过几种方式来打破互易性：使用诸如法拉第效应之类的偏置技术，非线性技术或随时间变化的物理特性调制。

一方面，大多数基于非线性的设备通常受到必要的高输入电平的限制，以使频率上转换有效，否则会在传输方向上获得非常差的传输。另一方面，偏置的谐振型设备工作范围本来就很窄。来自Ecole Centrale de Lyon的Sami Karkar研究小组利用可编程边界控制的概念来解决这两点，在理论上，数值上和实验上都证明了一维波导中的声隔离器具有方向相关的受控边界条件。使用理论模型来解释边界控制波导中不可逆传播的原理。在简化模型上进行了数值模拟，以通过计算散射矩阵和系统传递的功率来显示系统的不可逆性和无源性。最后，实验实现验证了不可逆传播的可编程边界条件的潜力，相关研究发表在杂志《Physical Review Applied》上。（短文作者：刘乐）

文章链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12. 054033

光的时间控制是一个长期的梦想，最近证明它有潜力改变光学和微波技术，以及我们对电磁理论的理解，克服了严格能量守恒的限制。随时间变化的系统具有打破电磁互易性，实现光子隔离器和循环器，放大信号以及执行谐波产生和相位调制的能力，拓扑学和非厄米(Non-Hermitian)物理学的新概念正在稳步渗透这一领域。在可见光和近红外中，经常利用光学非线性来产生谐波并实现某些不可逆的效应。但是，非线性是一种固有的弱效应，通常需要很高的场强。

时间已经成为超材料的一种新的自由度，有望成为控制波的新途径。然而，电磁波领域受到材料参数调制速度的限制。近日，来自 Imperial College London的J. B. Pendry 研究小组认为可以通过引入行波调制来克服这些限制，行波的相速度必须相同。展示了发光超构材料如何推广参数振荡器的概念，实现巨大的宽带不可逆性，有效的单向放大，脉冲压缩和谐波生成，并提出了在双层石墨烯中的实际实现方案。此外，由于其能够以指数速率将入射电磁波耦合到较高频率的动量谐波，因此发光超材料概念构成了一条通往高效谐波产生的根本新途径，即使在直流输入下也可以使用，仅需要低调制速度，与常规参数系统相反。该概念可以转换为任何表现出线性或弱色散状态的波系统，例如声波，弹性波和浅水波，并且通过引入线性调频，可以进一步扩展该机制的作用范围，类似于用同步回旋加速器中加速的电子能量调整驱动场的频率相关研究发表在杂志《Physical Review Letters》上。（短文作者：刘乐）

文章链接：

https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.123.206101.

金属卤化物钙钛矿（MHP）体材料和量子点（QDs）已经成为制造高性能光电器件的新一代材料，如太阳能电池、发光二极管（LED）、光电探测器、和激光。当把MHP暴露在氧气和湿气中时，容易受到加热和光激发，其稳定性也较差。钙钛矿材料的不稳定性可归因于其低形成能。另一方面，也正是因为它具有低的形成能，钙钛矿材料也易于制造。这种独特的特性启发人们探索一种新的方法来可逆地制备和分解钙钛矿材料，以用于新的应用，如大容量光学数据存储或信息加密。

超短脉冲激光，即飞秒激光，对透明材料的加工已经被证明是构建三维光子器件结构的有效方法，在非线性光学、光学数据存储和纳米光学等领域有着广泛的应用。这种处理可以得到极高的空间分辨率，目前已成功地应用于微裂纹的引入、微区折射率的改变以及纳米晶体的形成研究。此外，MHP可以通过光子-物质相互作用分解或重塑原有产物。因此，使用飞秒激光，MHP量子点有希望在透明材料中原位制备并在进一步激光辐照下分解，从而在透明基体中可逆地原位形成和分解钙钛矿量子点。

最近来自华南理工大学(South China University of Technology),香港理工大学(The Hong Kong Polytechnic University),中国科学院广州能源转化研究所(Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences)等单位的研究人员演示了在氧化物玻璃基质内可逆原位形成MHP量子点的3D激光打印技术。该技术利用飞秒激光诱导在含有Cs、Pb和Br元素的玻璃中原位晶化技术，由于CsPbBr₃量子点固有的低形成能(ΔE_form=-6.45ev),可以获得并分解含有明亮发光CsPbBr₃量子点的三维结构。值得注意的是，经过原位形成和分解循环，CsPbBr₃量子点可以通过连续低温退火有效地恢复。最终，在计算机控制的3D XYZ转换台的帮助下，由MHP QDs构成的可重写3D发光图案可以打印在玻璃内部。文章以Reversible 3D laser printing of perovskite quantum dots inside a transparent medium为题，发表在Nature Photonics上。（短文作者：鲁强兵）

系统的示意图：通过将聚焦飞秒激光束与三维XYZ平移台相结合，可以控制地产生不同的结构。绿色方块代表在玻璃内部形成的发光CsPbBr₃量子点。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-019-0538-8

DOI：10.1038/s41566-019-0538-8

长按二维码
关注我们吧

免责声明：本文旨在传递更多科研信息及分享，如涉及侵权，请联系下方邮箱，我们将及时进行修改或删除。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。

邮箱：janechou@imeta-center.com

微信号：18305163023