세포 생존성을 부정적으로 악화시키지 않는 화학 합성이 가능하다. 그러나 이질적인 표면 촉매 반응에 대한 심층적 이해, 속도 유도 메커니즘, 선택성 제어 경로, 그리고 표적 나노바이오 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 생명공학공학 전반의 광범위한 분야는 화학 기반 설계를 갖춘 새로운 나노소재의 도움으로 크게 이익을 얻을 수 있으며, 이러한 합성은 고유한 생체직교 화학 기능을 수행하는 공학적 NRs를 구현할 수 있다.

Cu 기반 촉매 연구에서, 논문 번호 2311752로 Amit Kumar, In Su Lee 및 공동 연구진은 탄소 페이퍼 위에 다공성 이중층 실리카 템플릿 내부에서 전기화학적으로 성장시킨 2D-Cu 나노층을 형성하여, 샌드위치 구조를 구축하는 것을 제시한다. 연장되고 친밀한 2D-2D 실리카-Cu 계면은 알카인의 알켄으로의 선택적 수소화에 대해 촉매로서 협동적으로 작용한다.

일반적으로 사용되는 귀하고 희귀한 귀금속을 풍부한 구리(Cu) 기반 촉매로 대체하는 것은 지속가능한 정밀 화학 합성을 위해 매우 바람직하다. 그러나 모델 플랫폼의 부재로 인해 무작위 나노구조를 갖는 벌크 Cu의 복잡한 표면 화학은 이해하고 제어하기가 특히 어렵다. 이중 실리카 템플릿 내부에 샌드위치된 초박막 2D–Cu 층을 합성함으로써, 다양한 알카인(alynes), 엔–이네(ene–ynes), 그리고 α,β-불포화(알켄) 마이클 첨가제(Michael acceptors)에서 [Cu]–촉매 선택적 수소화에 관여하는 루이스 염기성 아미노-실리카 미세환경의 비정상적이지만 결정적인 협동적 역할이 새롭게 규명되었다. 새로 개발된 나노스페이스로 제한된 전기화학(eChem) 원자층 증착(NC–EAD) 기법은 실리카 봉투 내부에서 실질적으로 밀착 피복된 < 2 nm 초박막 Cu(0) 층을 제공하였다. 이러한 모델 플랫폼은, 원래는 반응성이 없던 Cu 박막이 단순한 실리카 코팅 단계만으로도 대규모 정밀 화학 합성을 위한 효율적인 촉매로 전환된다는 예기치 못한 발견을 해독하는 상세한 기작 연구를 가능하게 했다. 반응성 금속 표면–미세환경 조작 개념은 불균일 촉매에서 복잡한 분자 상호작용을 제어하기 위한 새로운 패러다임을 제시한다.

독특한 구조와 조성을 갖는 나노소재(NMs)는 이국적인 물리화학적 성질과 응용을 유발할 수 있다. 용액 기반 방법의 발전에도 불구하고, 다양한 결정상과 복잡한 조성에 대한 대규모 접근은 여전히 어려운 과제로 남아 있다. 고상 반응(SSR) 합성은 실현 가능한 고온 및 무용매 조건에서 다원소 상에 대한 유연성을 지니는 동시에, 대규모화와 간단성 측면에서도 잠재력이 크다. SSR을 통해 나노 스케일의 특성을 제어하려면, 열에 의한 재형상화와 소결 위험 때문에 전략적인 나노공간-구속(nanospace-confinement) 접근이 요구된다. 여기서는 NM 합성을 위한 고급 SSR 전략을 소개하며, 서로 다른 범주의 일련의 예를 통해 기계적 이해, 새로운 나노스케일 현상, 그리고 근본 원리를 중심으로 다룬다. 고전적 SSR의 역사, 주제에 핵심적인 주요 이론 및 정의를 먼저 소개한 뒤, 나노구조 성장, 전환, 및 나노공간 또는 차원 구속 하에서의 이동을 위해 사용되는 주변 고상 매질을 기준으로 다양한 현대적 SSR 전략들을 분류한다. 이 포괄적인 검토는 새로운 소재 설계, 합성 및 응용을 위한 탐구를 진전시키는 데 기여할 것이다.

세포 생존성을 부정적으로 악화시키지 않는 화학 합성이 가능하다. 그러나 이질적인 표면 촉매 반응에 대한 심층적 이해, 속도 유도 메커니즘, 선택성 제어 경로, 그리고 표적 나노바이오 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 생명공학공학 전반의 광범위한 분야는 화학 기반 설계를 갖춘 새로운 나노소재의 도움으로 크게 이익을 얻을 수 있으며, 이러한 합성은 고유한 생체직교 화학 기능을 수행하는 공학적 NRs를 구현할 수 있다.

Cu 기반 촉매 연구에서, 논문 번호 2311752로 Amit Kumar, In Su Lee 및 공동 연구진은 탄소 페이퍼 위에 다공성 이중층 실리카 템플릿 내부에서 전기화학적으로 성장시킨 2D-Cu 나노층을 형성하여, 샌드위치 구조를 구축하는 것을 제시한다. 연장되고 친밀한 2D-2D 실리카-Cu 계면은 알카인의 알켄으로의 선택적 수소화에 대해 촉매로서 협동적으로 작용한다.

일반적으로 사용되는 귀하고 희귀한 귀금속을 풍부한 구리(Cu) 기반 촉매로 대체하는 것은 지속가능한 정밀 화학 합성을 위해 매우 바람직하다. 그러나 모델 플랫폼의 부재로 인해 무작위 나노구조를 갖는 벌크 Cu의 복잡한 표면 화학은 이해하고 제어하기가 특히 어렵다. 이중 실리카 템플릿 내부에 샌드위치된 초박막 2D–Cu 층을 합성함으로써, 다양한 알카인(alynes), 엔–이네(ene–ynes), 그리고 α,β-불포화(알켄) 마이클 첨가제(Michael acceptors)에서 [Cu]–촉매 선택적 수소화에 관여하는 루이스 염기성 아미노-실리카 미세환경의 비정상적이지만 결정적인 협동적 역할이 새롭게 규명되었다. 새로 개발된 나노스페이스로 제한된 전기화학(eChem) 원자층 증착(NC–EAD) 기법은 실리카 봉투 내부에서 실질적으로 밀착 피복된 < 2 nm 초박막 Cu(0) 층을 제공하였다. 이러한 모델 플랫폼은, 원래는 반응성이 없던 Cu 박막이 단순한 실리카 코팅 단계만으로도 대규모 정밀 화학 합성을 위한 효율적인 촉매로 전환된다는 예기치 못한 발견을 해독하는 상세한 기작 연구를 가능하게 했다. 반응성 금속 표면–미세환경 조작 개념은 불균일 촉매에서 복잡한 분자 상호작용을 제어하기 위한 새로운 패러다임을 제시한다.

독특한 구조와 조성을 갖는 나노소재(NMs)는 이국적인 물리화학적 성질과 응용을 유발할 수 있다. 용액 기반 방법의 발전에도 불구하고, 다양한 결정상과 복잡한 조성에 대한 대규모 접근은 여전히 어려운 과제로 남아 있다. 고상 반응(SSR) 합성은 실현 가능한 고온 및 무용매 조건에서 다원소 상에 대한 유연성을 지니는 동시에, 대규모화와 간단성 측면에서도 잠재력이 크다. SSR을 통해 나노 스케일의 특성을 제어하려면, 열에 의한 재형상화와 소결 위험 때문에 전략적인 나노공간-구속(nanospace-confinement) 접근이 요구된다. 여기서는 NM 합성을 위한 고급 SSR 전략을 소개하며, 서로 다른 범주의 일련의 예를 통해 기계적 이해, 새로운 나노스케일 현상, 그리고 근본 원리를 중심으로 다룬다. 고전적 SSR의 역사, 주제에 핵심적인 주요 이론 및 정의를 먼저 소개한 뒤, 나노구조 성장, 전환, 및 나노공간 또는 차원 구속 하에서의 이동을 위해 사용되는 주변 고상 매질을 기준으로 다양한 현대적 SSR 전략들을 분류한다. 이 포괄적인 검토는 새로운 소재 설계, 합성 및 응용을 위한 탐구를 진전시키는 데 기여할 것이다.

각각 1000사이클 동안 3.0C 및 5.0C에서 높은 평균 쿨롱 효율(>99.2%)을 보였으며, 이는 다른 전이금속 산화물로는 달성되지 못했다. LIB에서 고속 충전 시 빠르게 가역적 전환 반응을 후속하기 위한 반응성 NC의 지속가능성에 관한 이러한 나노스페이스(공간) 구속 효과는 1 nm-NCO로부터의 협슬릿형(슬릿 형태) 초박막 2D 나노갭 안에서만 작동한다. 반면, 상대적으로 더 두꺼운 7 nm-NCO 양극은 공간이 더 넓음에도 불구하고 NC의 가역성이 불량하였으며, 고출력 밀도 LIB 응용 하에서의 부적절한 사이클 안정성을 나타냈다.

, 나노구조에 의해 조절 가능한 선택성을 보이며. 튜링형 나노메시는 안정적이고 완전히 재활용 가능하며, 나노스케일 반응-확산 구조화가 이질 촉매에서 새로운 기능을 개방할 수 있음을 보여준다.

목적: 본 연구는 화학요법 후 병변 크기와 잔존 종양 세포밀도를 예측하는 데 있어 중공 망간 규산염(hollow manganese silicate, HMS-MRI)을 이용한 망간 증강 자기공명영상(MRI)과 가돌리늄 증강 MRI(Gd-MRI)의 정확도를 생체 내(in vivo) 및 시험관 내(in vitro) 실험을 통해 비교하였다.\n재료 및 방법: BT474 세포 및 BT474 세포 접종에 근거한 사람 유방암의 정위적 이종이식 마우스 모델을 각각 in vivo 및 in vitro 실험에 사용하였다. 18마리의 암컷 마우스에 대해 화학요법 전후로 Gd-MRI와 HMS-MRI를 시행하였다. 치료 후 Gd-MRI와 HMS-MRI로부터 얻은 종양 크기 및 잔존 종양 세포밀도를 병리 소견과 비교하였다. MRI로 측정한 잔존 종양 크기와 세포밀도의 차이는 병리 소견과도 상관관계를 보였다. 또한 염화망간(MnCl2) 또는 가돌리늄을 첨가한 뒤, 화학요법 처리 유무에 따라 두 세트의 BT474 세포 펠릿을 영상화하였다.\n결과: 종양 크기와 잔존 종양 세포밀도 모두에서 HMS-MRI와 병리 사이의 일치도가 Gd-MRI와 병리 사이의 일치도보다 더 강하였다. 병리 표본에서 종양-기질 비율이 낮을수록, Gd-MRI와 HMS-MRI 간 잔존 종양 세포밀도의 차이는 더 컸다(r = -0.62, p = 0.018). BT474 세포 펠릿은 MnCl2에 노출된 후 신호 증강을 보였으며, 세포 펠릿이 화학요법 제제에 노출되면 증강 정도는 감소하였다.\n결론: HMS-MRI는 특히 잔존 종양 세포밀도가 낮은 경우에서 Gd-MRI보다 잔존 종양 세포밀도를 더 정확하게 반영한다.

잘 정의된 고밀도 단일원자 촉매(SAC) 자리를 설치하는 것은 효율적인 화학 합성에서의 상승적(시너지) 협동 효과를 위해 매우 바람직하나, 군집이나 미립자(particulates)로의 불가피한 원자 분리(atomic segregation) 때문에 합성이 쉽지 않아 아직까지 해결이 어려운 과제이다. 우리는 2D 나노공간 구속(2D-nanoconfined) SAC 접합(grafting) 전략을 구현하였다. 이중층 실리카(silica) 포탄(envelope) 내부에서, 촉매 금속(Pt, Pd, Ir) 전구체로 미리 적재된 단일 금속 수산화물 층이, 현장에서 생성된 폭 1 nm 두께의 전이금속 산화물(TMO) 나노시트에 균일하게 매립된 SACs를 형성하도록 제어된 열적 전환을 거쳤다. 초협소하게 구속된 슬릿-공간(slit-space)은 TMO 호스트의 측면으로만 새어 나오는 양이온 공공(cation vacancies)을 원자 수준의 소켓(sockets)으로서 독점적으로 활용하여, SACs가 2D 평면 내에서 포획되도록 하면서도 수직 방향으로는 나노입자 형태의 원자 응집(aggregation)을 억제하였다. 고립된 TMO 나노시트에 고밀도로 장식된 SACs는 제어 가능한 방식으로 안정적으로 획득할 수 있었다. TMO 상의 잘 정의된 SACs는 다양한 알코올의 무수용매/무수용성 수소제거(acceptorless dehydrogenation)에 편리하게 적용되었으며, 보고된 촉매들을 능가하는 상당히 높은 활성으로 수행되었다. 심층적인 기작(mechanistic) 연구를 통해, SACs의 협동(coperative) 효과 밀도에 따라 서로 다른 반응 경로(협동적(concerted) 또는 단계적(stepwise))를 따르면서 무수용성 수소제거 반응 속도가 극적으로 향상됨이 밝혀졌다. 이러한 유리한 효과는 저밀도 SACs에서의 고립된 금속 자리 또는 나노입자 표면에서의 반응과는 구별된다.

잘 정의된 고밀도 단일원자 촉매(SAC) 사이트를 구축하는 것은 효율적인 화학 합성에서의 상승적(시너지) 협동 효과를 위해 매우 바람직하지만, 군집 또는 미립자로의 불가피한 원자 분리로 인해 합성이 어렵다는 한계가 있다. 우리는 2D-나노공간 구속(nanoconfined) SAC 고정(grafting) 전략을 구현하였다. 이중층 실리카 봉투(bilayer silica envelope) 내부에서 촉매 금속(Pt, Pd, Ir) 전구체를 미리 로딩한 단일 금속 수산화물 층이, 현장에서 생성된 1 nm 두께의 전이금속 산화물(TMO) 나노시트에 장식된 SAC로서 균질하게 매립되도록 조절된 열적 전환을 거쳤다. 초박(ultranarrow)으로 구속된 슬릿(slit) 공간은 TMO 호스트의 양이온 결손(cation vacancies)을 측방으로만 발현되게 하여, SAC를 2D 평면 내에서 포획하면서도 수직 방향으로는 원자 수준의 응집이 나노입자성 물질(nanoparticulates)로 형성되는 것을 제한하는 원자 스케일의 소켓(sockets)으로서 독점적으로 작동하였다. 고밀도의 SAC가 분리된 TMO 나노시트에 안정적으로 장식된 시료는 제어 가능한 방식으로 얻을 수 있었다. TMO 상의 잘 정의된 SAC는 다양한 알코올에 대한 무수용체 탈수소화(acceptorless dehydrogenation)에 편리하게 적용되었으며, 보고된 촉매를 능가할 정도로 매우 높은 활성으로 수행되었다. 심층적인 기전(mechanistic) 연구 결과, SAC의 협동성 밀도에 따라 상이한 반응 경로(동시성(concerted) 또는 단계적(stepwise))를 따름으로써 무수용체 탈수소화 반응 속도가 극적으로 향상됨이 밝혀졌다. 이러한 유리한 효과는 저밀도 SAC 또는 나노입자 표면에서의 고립 금속 사이트 상에서 일어나는 반응과는 구별된다.