金修饰纳米多孔硅用于光电化学退换细胞内凝合物！AG百家乐有规律吗

金属和半导体界面上的纳米催化作用已被平庸应用，但其在介导细胞反应方面的作用在很大程度上仍未被探索。

鉴于此，芝加哥大学田博之栽植与Jing Zhang博士后通过参谋一种基于纳米多孔硅的光催化剂在生理要求下促进水的双电子氧化生成过氧化氢这逐个经难以捉摸的机制来探索这一规模。他们通过限制细胞外环境中过氧化氢的光电化学生成，已矣了对细胞内应激颗粒酿成的精准调控，从而增强了细胞对严重氧化应激的收复才智。这种光电化学政策对调理啮齿动物体外模子心肌的疗效进行了评估。数据标明，通过光电化学设施产生低浓渡过氧化氢的预处理决议可缩防卫肌缺血再在意引起的功能衰竭和梗死。这些参谋扫尾标明，处理缺血性疾病的无线调理骚扰是可行的，并突显了基于纳米结构半导体催化开拓的生物医学后劲。有计划参谋服从以题为“Gold-modified nanoporous silicon for photoelectrochemical regulation of intracellular condensates”发表在最新一期《Nature Nanotechnology》上。

【筹商想路】

图1展示了论文的举座筹商想路。作家将该体系与当然界的光系统II作了类比，讲解自然中金属反应中心如安在光照下氧化水并产生信号型ROS（图1a）。图1b演示了金修饰的多孔硅纳米线（Au/por-SiNWs）怎么与细胞膜贴合，并在可见光映照时驱动两电子水氧化生成H2O2，进而局部升高ROS水平并招引应激颗粒（SGs）的酿成。此外，作家玄虚了通过光电化学预处理减少心肌I/R挫伤的方向（图1c）。

图1.H2O2光催化剂的筹商认识和光电化学产生H2O2动作调理心肌I/R挫伤的政策的拟议机制

【硅基光催化剂的表面参谋】

为了进展如安在光催化过程中优先生成H2O2（而非无益的羟基摆脱基或挥霍O2），参谋团队旁边密度泛函表面（DFT）对含有金掺杂多孔硅名义的反应能垒进行筹谋。扫尾自大，将金原子散布在多孔硅瑕疵位能灵验调控名义吸附中间体（如OH和O）的伙同能，使得两电子路子（2e-WOR）更易发生。根据DFT分析的“选拔性图”可知，Au/por-Si能在热力学层面更倾向于生成H2O2而非产生更强氧化性的羟基摆脱基或把水进一步氧化成O2。通过针对OH和O伙同摆脱能的细密调谐，该界面能踏实H2O2旅途，并阐述出相对较低的过电位。图2直不雅呈现了这些筹谋扫尾。参谋者绘图了摆脱能“火山图”和能量图，用以比较不同材料（纯Au、纯Si、多孔Si、Au/por-Si等）在水氧化程度中的反应势垒。图2(c)至图2(f)则剖释了水氧化各体式对应的摆脱能变化，证实Au/por-Si在2e-WOR的过电位仅约0.07V，是已矣选拔性制备H2O2的梦想活性位点。

图2.Au/Si和Au/por-Si光催化的表面瞻望

【硅基光催化剂的制备与结构】

实验制备上，作家领先在n型硅片上溅射约2nm厚度的金薄膜，并在高温退火后，使流畅金层翻脸成金岛并部分向硅里面扩散。随后通过金属扶助化学刻蚀（MACE），在硅名义酿成纳米级多孔结构，同期保留镶嵌的单原子Au。这一制备进程如图3所示。其中图3(a)展示退火前后金薄膜的变化；图3(b)的扫描电子显微镜（SEM）图自大刻蚀后硅名义呈现昭彰的多孔形色。图3(c)和图3(d)的透射电子显微镜（TEM）和高区分扫描透射电镜（STEM）进一步阐发，多孔硅基体中具有散布细致的单原子级Au。作家还拓展了这一想路，制得金修饰多孔硅纳米线（Au/por-SiNWs）以用于与细胞膜互相作用的参谋。最终，他们亦能将该结构制作成超薄柔性膜（图3(h)和(i)），可紧贴腹黑等障碍组织名义。

图3.Au/por-Si界面的制造和特点

【光电化学与催化性能表征】

接下来，作家测试了Au/por-Si材料在光照下生成H2O2与H2的本色才智。轮回伏老实析发现，多孔结构提供更大的界面面积，增强了电化学电容；在红光或532nm激光映照时，Au/por-Si电极阐述出显赫的氧化还原峰以及可不雅的光电流（10秒内就可达到约35μCcm−2）。要是去掉金，则果真测不到光电流，讲解注解了Au在反应中心中的要津作用。图4(a)至4(c)的轮回伏安弧线和光电流随期间弧线自大，在金被蚀刻去除后，氧化峰和光电流飞快消散；要是保留Au/por-Si，则可在短期间内产生显赫电荷转动。通过比色法检测过氧化氢含量及气相色谱测定氢气产量，扫尾标明多孔结构能使Au/por-Si的H2O2产量比Au/Si高约一个数目级，且产H2也大幅普及。进一步参谋发现，岂论去除溶液中的氧如故充足融化氧，王人对该体系生成H2O2影响不大，讲解Au/por-Si体系能在低氧环境下进行“两电子水氧化”。此外，AG百家乐计划图4(h)和4(i)还讲解注解纳米线（Au/por-SiNWs）和柔性膜在光催化制备H2O2方面也具备优秀阐述。

图4.Au/Si和Au/por-Si界面的电化学和光催化分析

【光电化学预处理促进细胞氧化胁制符合】

本参谋的中枢生物学应用在于：祥和可控的H2O2升高可令细胞事前产生退缩反应，从而在后续遭逢更严重的氧化挫伤时更具抵触力。应激颗粒（SGs）被视作这一“保护性应激反应”的主要象征。作家在Au/Si或Au/por-Si基片上培养细胞并通以一定强度的激光，发现过一段期间后，应激颗粒开动昭彰聚拢。图5(a)和(b)用长远图回首H2O2的“双重变装”：在低至中等浓度区间时（10～30 μM），会激活细胞里面临ROS的应激退缩（称为eustress）；卓绝一定浓度后则会引发致死性挫伤（distress）。图5(c)和(d)的荧显豁微图自大，将U2OS细胞放在Au/por-Si界面上时，仅需5分钟光照即可不雅察到SGs出现，而Au/Si则需要更万古期。此外，将修饰好的纳米线与细胞膜胜仗战役并在不同光强度下映照，也可在更低的阈值（如1.1mW）已矣SG生成。随后，作家在心肌细胞（CMs）中也不雅测到访佛表象：祥和光照（如400～600mWcm−2）不错招引ROS水和气SG阳性细胞比例同步高涨（图5(e)和(f)）。用NAC去除ROS后，SG酿成被欺压（图5(g)），讲解注解了H2O2是胜仗诱因。此外，作家通过让预处理（光催化产生H2O2）过的CMs再默契在高浓度H2O2环境中，扫尾CMs细胞毒性更低、存活率更高（图5(h)和(i)），讲解光催化教师灵验地增强了细胞的抗氧化才智。基因分析亦标明，要津的氧化应激反应基因（Foxo3与Hspa4）均有上调（图5(j)）。要是用CHX阻断应激颗粒酿成，则抗氧化保护作用就会消散（图5(k)和(l)），考据了SGs在细胞符合过程中弗成或缺的作用。

图5.Au/Si和Au/por-Si光催化冒昧退换SG拼装并增强氧化应激符合

【针对心肌组织的光催化教师防治I/R挫伤】

为了进一步检会这一政策在心肌层面的本色功效，作家使用Langendorff离体大鼠腹黑模子：先让Au/por-Si膜紧贴腹黑名义，映照15分钟后再施加30分钟的缺血与45分钟的再在意。扫尾标明，与对照组比较，事前资格光催化教师的腹黑发生的梗死面积显赫缩小，心功能及心电图均有昭彰改善。图6(b)和(c)的免疫组化与卵白陈迹自大，通过Au/Si或Au/por-Si光催化预处理，心肌组织中的应激颗粒象征卵白（eIF4G）抒发量高于未经映照处理的对照组织。图6(e)的TTC染色心切片标明，预处理组梗死面积显赫裁汰，与对照各别昭彰。图6(f)和(h)的左心室压（LVP）和心电信号（ECG）凭证也自大，经Au/por-Si预处理的腹黑在再在意后能更好地酬金越过节拍，电信号更接近健康腹黑。

图6.Au/Si和Au/por-Si光催化保护腹黑组织免受I/R挫伤

【回首】

要而论之，作家建议了一种在多孔硅基体中镶嵌单原子金的新式光催化体系，可在近乎无氧要求下高选拔性地试验“两电子水氧化”，踏实地产生H2O2。基于这一设施，局部纵容的H2O2冒昧引发细胞的“良性应激”反应（eustress），招引应激颗粒的酿成并增强对后续更严重挫伤的耐受力。将该技艺进一步拓展到离体腹黑实验，到手讲解注解事前的光催化教师能灵验减少缺血-再在意挫伤，从心肌梗死面积和心功能方向两个方面王人阐述出昭彰的保护效果。由于硅和金的细致生物相容性及在生物医学器件规模的老练应用，这种多孔硅-金催化体系尽头具有临床应用出路。夙昔可进一步优化光穿透，如旁边近红外光源或微创植入装配，让光可达更深层组织。本参谋展示了仿生光催化制备H2O2在医学上的后劲，为以无线、可控的ROS生成形貌来布置缺血性疾病提供了新想路。

开头：高分子科学前沿

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