李景虹，1967年出生，中科院院士，新基石研究员，清华大学化学系教授，化学系学术委员会主任，清华大学分析中心主任，分析化学所所长，教育部长江特聘教授，国家杰出青年基金获得者（2001年），基金委创新团队负责人、英国皇家化学会会士。1991年获中国科学技术大学近代化学系获化学物理和高分子物理双学士学位，1996年获中科院长春应用化学研究所理学博士学位。1997年-2001年，在美国伊利偌大学、加利福尼亚大学圣芭芭拉分校、、克莱姆森大学和Evonyx Inc. (NY, USA) 从事研究工作。2001年-2004年，在中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室担任研究员、博士生导师。2004年-至今，在清华大学化学系担任教授、博士生导师。

李院士长期致力于电分析化学、生物电化学、单细胞分析化学、纳米电化学及能源环境电化学等领域的教学科研工作。提出离子液体三电极电化学测量新方法，精准测量并发现了石墨烯超低量子电容，为石墨烯电分析化学提供了理论基础，提出和发展了石墨烯电分析化学新领域；提出了石墨烯-荧光分子能量转移分析方法，为石墨烯生物细胞分析新领域提供方法学基础和实验标准；提出瞬态捕获的“单个体”电分析化学，建立了核酸及小分子药物等单分子电分析化学方法与铂单纳米粒子、单细胞电化学成像技术，为复杂样品中差异性的单个体检测提供了超灵敏方法。自2015年已连续8年入选科睿唯安全球高被引科学家。相关成果入编著名美国大学教材Chemistry: The Central Science第12-14版（2010-2020年）。以通讯作者在Science，Nature Nanotech.，Nature Biomedical Engineering，Nature Protocol， J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem.等学术刊物上发表SCI论文400余篇。2015—2022年连续入选汤森路透全球高被引科学家。以第一完成人获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖等。任Chem. Soc. Rev，ACS Sensors，Biosensors Bioelectronics，Small Methods，ChemRxiv等二十余种国际期刊副主编和编委。

接下来，我们汇总了李院士团队以往的代表性工作，与大家一起分享。

Science：全新3D打印技术！

3D打印是一项革命性的增材制造技术，具有广阔的应用前景。目前3D打印技术在复杂结构建立与规模化制造都取得了显著进展，但实现纳米级分辨率的打印可选择的材料有限，主要集中在金属与聚合物。三维结构的构建需要在打印的基本构建单元之间形成作用力，以使构建单元连接在一起，金属与聚合物可以很容易通过键合反应得到金属-金属键或共价键使其连接从而实现打印。在其他功能材料特别是无机半导体中，这种键合反应无法在纳米级分辨率发生。在直接合成困难的情况下，使用无机纳米晶体作为构建单元成为了替代的加工方法。但目前的方法通常将无机材料与有机光固化树脂混合进行加工，有机组分的大量存在会严重影响无机材料的本征性能。

清华大学化学系张昊副教授、李景虹院士、精密仪器系林琳涵副教授、孙洪波教授等人共同开发了一种普适性的纳米材料3D打印新方法，简称为3D Pin，通过引入光敏氮宾小分子，实现了多种无机纳米材料（半导体、金属、氧化物纳米材料）的纳米级3D打印，结构具有高的无机组分占比，并具有优异的力学性能与可调谐的光学性能。利用全新的3D Pin方法，可以得到任意复杂结构的多种无机纳米材料及其混合物的纳米级三维结构，从分子水平设计光化学成键过程，使用纳米晶体作为构建单元大大拓宽了3D打印的材料库，有着广阔的应用空间。

文献链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg6681

Nat. Nanotech.：碳点支持的原子级分散金材料可作为线粒体氧化应激放大器用于癌症治疗

线粒体氧化还原稳态实际上就是活性氧和抗氧化剂（如谷胱甘肽）之间的平衡状态，其在许多生物过程中起着关键作用，包括生物合成和凋亡，因此是癌症治疗的潜在靶点。

国家纳米科学中心梁兴杰研究员与清华大学李景虹教授等人报道了一种线粒体氧化应激放大器MitoCAT-g，它由碳点支撑的原子级分散金颗粒（CAT-g）组成，并利用三苯基膦和肉桂醛进行了进一步的表面修饰。研究发现MitoCAT-g颗粒可特异性靶向线粒体，并以原子经济性消耗线粒体谷胱甘肽，从而放大肉桂醛引起的活性氧损伤，最终导致癌症细胞凋亡。研究发现，在皮下和原位患者来源的异种移植物肝细胞癌模型中，成像引导介入注射这些颗粒可有效抑制肿瘤生长，同时也没有发现不良反应。因此，MitoCAT-g在体内放大线粒体中的氧化应激并抑制肿瘤生长，有望成为一种很有前途的抗癌药物。

文献链接：
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0373-6

Nat. Biomed. Eng.：成本不到2元，检测分辨率可至单核苷酸水平！新冠变异株试剂盒要来了？

能够对SARS-CoV-2变异株进行检测的工具将有望帮助准确评估SARS-CoV-2的感染和致死风险，快速分离高风险或疫苗缺陷感染者，从流行病学角度评估SARS-CoV-2的进化并有效地指导疫苗的使用和迭代开发。然而，目前尚未出现能够低成本、快速解析SARS-CoV-2突变以识别其变异株的工具。理想情况下，SARS-CoV-2变异株的可扩展筛选工具应（i）允许检测病毒RNA中的单核苷酸突变，（ii）提供较短的样本以获得周转时间（turnaround time），以及（iii）提供多路复用能力以识别多个变异株。针对上述功能，目前的所使用的检测方法都分别存在着操作复杂、成本高、技术不成熟等缺点。

为此，四川大学华西医院李为民教授、邓锐杰副研究员和清华大学李景虹教授等人发表最新工作，开发了一种廉价（每次测试约0.30美元）的检测手段并对其进行性能基准测试，可实现快速（样本应答（sample-to-answer）时间在30分钟内）的 SARS-CoV-2变异株比色检测。这种纸基检测方法充分利用了核酸链置换反应、与单碱基对错配相关的热力学能量损失和金属离子控制的尿素酶切等来放大对病毒RNA的识别，从而可通过智能手机比色读出pH值的变化。在50份咽拭子样本中，该检测可同时检测SARS-CoV-2的存在以及SARS-CoV-2变异株α、β和γ的特异性突变，其结果与实时定量聚合酶链反应和RNA测序等经典方法完全一致。研究认为，这种可检测病毒及其变异株的可定制且廉价的纸基分析方法有望大幅提高对病毒的监测能力。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00907-0%E2%80%8B

Nat. Nanotech.：质子驱动的可变形纳米疫苗实现癌症免疫治疗

癌症疫苗有望改善癌症治疗的效果。然而，对肿瘤抗原的内体捕获和低免疫原性通常限制了疫苗接种策略的效率。在此，国家纳米科学中心梁兴杰研究员与清华大学李景虹教授等人提出了一种基于质子驱动的纳米转换器疫苗，其包含了基于聚合物-肽偶联物的纳米转换器和所负载的抗原肽。基于纳米转换器的疫苗诱导了强烈的免疫反应，同时也没有实质性的全身毒性。在酸性内体环境中，基于纳米转换器的疫苗会经历从纳米球（直径约100 纳米）到纳米片（长度或宽度为几微米）的剧烈变化，从而机械地破坏内体膜并直接将抗原肽递送到细胞质中。不仅如此，重新组装的纳米片还通过激活特定的炎症途径增强肿瘤免疫力。基于纳米转换器的疫苗有效抑制了小鼠B16F10-OVA和人乳头状瘤病毒-E6/E7肿瘤模型中的肿瘤生长。此外，在B16F10模型中，将基于纳米转换器的疫苗与抗PD-L1抗体结合可导致超过83天的存活，并且在大约一半的小鼠中产生完全的肿瘤消退作用。这种质子驱动的可变形纳米疫苗为癌症免疫疗法提供了一种强大而安全的策略。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00782-3

Nat. Nanotech.：成像单纳米颗粒的电催化活性

纳米颗粒的电催化性能取决于它们的尺寸、形状和组成。这些性质通常通过测量大量纳米颗粒的总电催化反应电流进行检测，但这种方法很耗时，而且只能测量所研究纳米颗粒的平均催化活性。与此同时，新型催化剂的开发要求能够快速测量在各种条件下合成的纳米颗粒的性质，甚至在理想情况下，还需要测量单个纳米颗粒的电催化活性。

亚利桑那州立大学Nongjian Tao教授、清华大学李景虹教授和Ying Gu等人发表研究表明，基于等离子体的电化学电流成像技术可以同时对印在电极表面的1.6×105铂纳米颗粒阵列的电催化反应进行成像和量化，这可以促进对纳米颗粒催化活性的高通量筛选。研究还表明，该方法可用于对电催化反应电流进行成像，并测量单个纳米颗粒的循环伏安图。

文献链接：
https://doi.org/10.1038/nnano.2012.134

Nat. Nanotech.：测量石墨烯的量子电容

石墨烯因其独特的电子性质而受到广泛关注。到目前为止进行的许多研究都集中在其电子迁移率上，而该性质是由带电杂质和其他不均匀性的散射决定的。然而与此同时，另一个重要的参数，量子电容，在很大程度上却被忽视了。

有鉴于此，亚利桑那州立大学Nongjian Tao教授和清华大学李景虹教授等人报道了使用三电极电化学配置直接测量石墨烯的量子电容作为栅极电势的函数。量子电容在狄拉克点处具有非零最小值，并且在最小值的两侧以相对较小的斜率线性增加。研究发现，带电杂质也会影响量子电容，这是理想石墨烯的理论也还没有预测到的现象。研究还测量了不同离子浓度下水溶液中的电容，而结果则表明，关于碳基电极中界面电容的长期困惑有其量子根源。

文献链接：
https://doi.org/10.1038/nnano.2009.177

Nat. Protocol：利用氧化石墨烯纳米片传感平台在活细胞中实时监测ATP和GTP

细胞内多分子的同时传感和成像是探索生物系统中蛋白质功能或阐明动态生物过程（如代谢活性、细胞增殖、细胞凋亡、受体占据、报告基因表达和抗原调节）的关键。而ATP和GTP是调节各种生物过程的典型能量分子。因此，非常需要用于活细胞中ATP和GTP同时可视化的原位分析平台。然而，开发用于ATP和/或GTP检测的感测剂仍然是分子成像领域的一个主要挑战。

清华大学李景虹教授等人提出了一个详细的方案，通过使用氧化石墨烯纳米片（GO-nS）和DNA/RNA适体原位多重荧光监测MCF-7乳腺癌症细胞中的腺苷-5′-三磷酸（ATP）和鸟苷-5′-三磷酸（GTP）。作者使用FAM标记的ATP适体和Cy5修饰的GTP适体，通过适体与GO-nS之间的“π-π堆叠”构建多适体/GO-nS传感平台。适体与GO-nS的结合保证了荧光团和GO-nS之间的荧光共振能量转移，导致“荧光熄灭”。当适体/GO-nS通过内吞作用在细胞内运输时，适体的构象将随着与细胞ATP和GTP的相互作用而改变。在荧光“关闭/打开”切换的基础上，通过荧光和共聚焦显微镜技术实现了ATP和GTP在体外和原位的同时传感和成像。

文献链接：
https://doi.org/10.1038/nprot.2014.126

Sci. Adv.：配体交联的钙钛矿纳米晶实现直接光致图案化

钙钛矿材料凭借优异的光物理性能（吸收系数高达105/cm、载流子迁移率高达10 cm2 V−1 s−1、迁移路径长达10 um、带隙可调等）和简便的溶液操作法（成本低），已成为新一代光电器件的强有力竞争者。为了实现面向市场化和具有实际应用情景的高分辨RGB阵列和光检测器阵列的集成光电器件，精确的微尺度图案化是先决条件。然而，理想的图案化方法应当同时满足普适性（适应各种不同尺寸和表面态的晶体）、兼容性（与所构建集成器件的工作流程完全兼容）以及能够以高通量方式获得高分辨率、均匀的图案，加之钙钛矿材料（特别是钙钛矿纳米晶）容易受温度、溶剂、化学环境等的影响。因此，目前的图案化技术（包括电子束/离子束刻蚀、激光直写、喷墨打印等）需同时满足高图案化质量、多功能性以及与设备制造工作流程的兼容性等条件仍存在巨大挑战。

为解决这一问题，清华大学李景虹院士、张昊副教授和湖南师范大学张友玉教授等人合作创造性地开发一种使用配体交联剂直接光致图案化钙钛矿纳米晶（DOPPLCER）的有效方法，避免了配体交换。通过DOPPLCER方法制备的图案化钙钛矿纳米晶体薄膜在展示高分辨率、多色图案化的同时具有与传统非图案化薄膜相当的光致发光、电致发光和光电导性。此外，将图案化钙钛矿纳米晶阵列应用于发光二极管(LED)器件中，其峰值外量子效率（EQE）高达 6.8%，亮度超过 20,000 cd m−2，两者均是已报道的图案化钙钛矿纳米晶体器件中最高值之一。该技术方法为钙钛矿纳米材料的系统级集成创造了新的可能性，有望应用于集成光电子器件的制备。

文献链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8433

Angew：靶向调节胶质瘤微环境的纳米药物

胶质瘤（GBM）是中枢神经系统原发性恶性肿瘤，具有发病率高、死亡率高、复发率高、以及治愈率低等特点。免疫疗法，如免疫检查点抑制剂、嵌合抗原受体T细胞免疫疗法和疫苗等，已经在多种恶性肿瘤治疗中取得了良好的疗效。然而，在胶质瘤的治疗中，大多数免疫疗法的总体获益都差强人意。治疗药物进入脑肿瘤时不仅受到血脑屏障的限制，内源性和治疗诱导的免疫抑制微环境也会大幅削弱药物的治疗效果。

清华大学李景虹院士团队对合成高密度脂蛋白进行靶向修饰，设计合成了具有肿瘤微环境靶向调节能力的纳米药物，用于胶质瘤免疫治疗。为了更有效地激活抗肿瘤免疫响应，作者创新性地提出了将SOCS1作为免疫治疗潜在靶点，开发设计了靶向调节胶质瘤免疫微环境对的纳米药物THDL@Ag@CpG-siSOCS1。该纳米药物在体内高效在胶质瘤微环境蓄积，有效沉默SOCS1 mRNA，解除SOCS1对DC成熟和T细胞增殖的抑制作用，胶质瘤特异性抗原肽和免疫佐剂协同地激活抗肿瘤免疫响应，抑制胶质瘤生长。纳米药物THDL@Ag@CpG-siSOCS1有效靶向和调节胶质瘤微环境，激活抗肿瘤免疫反应。该策略为胶质瘤微环境的靶向和调节提供了全新的思路。

文献链接：
https://doi.org/10.1002/ange.202312603

Adv. Sci.：中性粒细胞递送空心钛覆盖持续发光纳米增敏剂用于超声增强的化疗和免疫胶质母细胞瘤治疗

胶质母细胞瘤(GBM)是一类临床上治疗效果不佳的恶性脑肿瘤，受血脑屏障的保护，导致有限的药物传递和积累效率，导致GBM对各种干预(特别是相对大规模的多功能纳米结构和抗体治疗)表现出惰性。此外，传统的非靶向小分子药物(如替莫唑胺)，给药剂量大，导致患者的副作用明显。此外，GBM中复杂的微环境对肿瘤杀伤和免疫激活具有高度抑制作用，使得单模式治疗下肿瘤易复发。因此，可增强血脑屏障穿透和GBM积累能力的多模式治疗平台在GBM治疗中受到广泛关注。

为增强GBM治疗并抑制其复发，清华大学李景虹教授和江南大学严秀平教授等人合作设计了一种空心TiO2覆盖的持久发光纳米增敏剂，用于光学成像引导下的超声增强化疗/免疫治疗GBM。该纳米增感剂由ZnGa2O4:Cr3+ (ZGO)核组成，用于持续发光成像，以及空心TiO2外壳(作为声敏剂)用于治疗控制。ZGO是一种在红色发光二极管(LED)照射下具有长余辉、近红外-持续发光特性发光荧光粉。这种独特的光学特性使高信噪比(SNR)无背景纳米平台追踪成为可能，因此可以用于GBM精确定位指导治疗。将免疫检查点抑制剂抗PD -1抗体负载在多孔ZGO@TiO2上，以缓解GBM的免疫抑制。采用紫杉醇(PTX)负载脂质体作为材料的最外层，以实现对GBM的化学抑制，并进行抗体包封。获得的ZGO@TiO2@ALP被中性粒细胞(ZGO@TiO2@ALP-NEs)内部化，用于BBB可穿透输送。静脉注射后，GBM的炎症吸引ZGO@TiO2@ALP-NEs通过形态变化穿过血脑屏障以实现GBM累积。超声(US)照射GBM位点引发了ZGO@TiO2@ALP的ROS生成，来打破脂质体覆盖，用于PTX和抗PD-1抗体的释放，以杀死肿瘤和诱导局部炎症，这反过来吸引更多ZGO@TiO2@ALP- NEs到肿瘤位点以增强GBM治疗。该治疗使GBM携带小鼠的存活率从0%提高到40%，并给予其肿瘤复发的长期免疫监测，为精确治疗GBM等癌症提供了新的途径。

文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202004381

来源：BioMed科技

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