李景虹，1967年出生，中科院院士，新基石研究員，清華大學化學系教授，化學系學術委員會主任，清華大學分析中心主任，分析化學所所長，教育部長江特聘教授，國家傑出青年基金獲得者（2001年），基金委創新團隊負責人、英國皇家化學會會士。1991年獲中國科學技術大學近代化學系獲化學物理和高分子物理雙學士學位，1996年獲中科院長春應用化學研究所理學博士學位。1997年-2001年，在美國伊利偌大學、加利福尼亞大學聖芭芭拉分校、、克萊姆森大學和Evonyx Inc. (NY, USA) 從事研究工作。2001年-2004年，在中科院長春應化所電分析化學國家重點實驗室擔任研究員、博士生導師。2004年-至今，在清華大學化學系擔任教授、博士生導師。
李院士長期致力於電分析化學、生物電化學、單細胞分析化學、奈米電化學及能源環境電化學等領域的教學科研工作。提出離子液體三電極電化學測量新方法，精準測量並發現了超低量子電容，為石墨烯電分析化學提供了理論基礎，提出和發展了石墨烯電分析化學新領域；提出了石墨烯-熒光分子能量轉移分析方法，為石墨烯生物細胞分析新領域提供方法學基礎和實驗標準；提出瞬態捕獲的“單個體”電分析化學，建立了核酸及小分子藥物等單分子電分析化學方法與鉑單奈米粒子、單細胞電化學成像技術，為複雜樣品中差異性的單個體檢測提供了超靈敏方法。自2015年已連續8年入選科睿唯安全球高被引科學家。相關成果入編著名美國大學教材Chemistry: The Central Science第12-14版（2010-2020年）。以通訊作者在Science，Nature Nanotech.，Nature Biomedical Engineering，Nature Protocol， J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem.等學術刊物上發表SCI論文400餘篇。2015—2022年連續入選湯森路透全球高被引科學家。以第一完成人獲國家自然科學獎二等獎、教育部自然科學獎一等獎等。任Chem. Soc. Rev，ACS Sensors，Biosensors Bioelectronics，Small Methods，ChemRxiv等二十餘種國際期刊副主編和編委。
接下來，我們彙總了李院士團隊以往的代表性工作，與大家一起分享。
Science：全新3D列印技術！
3D列印是一項革命性的增材製造技術，具有廣闊的應用前景。目前3D列印技術在複雜結構建立與規模化製造都取得了顯著進展，但實現奈米級解析度的列印可選擇的材料有限，主要集中在金屬與聚合物。三維結構的構建需要在列印的基本構建單元之間形成作用力，以使構建單元連線在一起，金屬與聚合物可以很容易透過鍵合反應得到金屬-金屬鍵或共價鍵使其連線從而實現列印。在其他功能材料特別是無機半導體中，這種鍵合反應無法在奈米級解析度發生。在直接合成困難的情況下，使用無機奈米晶體作為構建單元成為了替代的加工方法。但目前的方法通常將無機材料與有機光固化樹脂混合進行加工，有機組分的大量存在會嚴重影響無機材料的本徵效能。
清華大學化學系張昊副教授、李景虹院士、精密儀器系林琳涵副教授、孫洪波教授等人共同開發了一種普適性的奈米材料3D列印新方法，簡稱為3D Pin，透過引入光敏氮賓小分子，實現了多種無機奈米材料（半導體、金屬、氧化物奈米材料）的奈米級3D列印，結構具有高的無機組分佔比，並具有優異的力學效能與可調諧的光學效能。利用全新的3D Pin方法，可以得到任意複雜結構的多種無機奈米材料及其混合物的奈米級三維結構，從分子水平設計光化學成鍵過程，使用奈米晶體作為構建單元大大拓寬了3D列印的材料庫，有著廣闊的應用空間。
文獻連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg6681
Nat. Nanotech.：碳點支援的原子級分散金材料可作為線粒體氧化應激放大器用於癌症治療
線粒體氧化還原穩態實際上就是活性氧和抗氧化劑（如谷胱甘肽）之間的平衡狀態，其在許多生物過程中起著關鍵作用，包括生物合成和凋亡，因此是癌症治療的潛在靶點。
國家奈米科學中心梁興傑研究員與清華大學李景虹教授等人報道了一種線粒體氧化應激放大器MitoCAT-g，它由碳點支撐的原子級分散金顆粒（CAT-g）組成，並利用三苯基膦和肉桂醛進行了進一步的表面修飾。研究發現MitoCAT-g顆粒可特異性靶向線粒體，並以原子經濟性消耗線粒體谷胱甘肽，從而放大肉桂醛引起的活性氧損傷，最終導致癌症細胞凋亡。研究發現，在皮下和原位患者來源的異種移植物肝細胞癌模型中，成像引導介入注射這些顆粒可有效抑制腫瘤生長，同時也沒有發現不良反應。因此，MitoCAT-g在體內放大線粒體中的氧化應激並抑制腫瘤生長，有望成為一種很有前途的抗癌藥物。
文獻連結：
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0373-6
Nat. Biomed. Eng.：成本不到2元，檢測解析度可至單核苷酸水平！新冠變異株試劑盒要來了？
能夠對SARS-CoV-2變異株進行檢測的工具將有望幫助準確評估SARS-CoV-2的感染和致死風險，快速分離高風險或疫苗缺陷感染者，從流行病學角度評估SARS-CoV-2的進化並有效地指導疫苗的使用和迭代開發。然而，目前尚未出現能夠低成本、快速解析SARS-CoV-2突變以識別其變異株的工具。理想情況下，SARS-CoV-2變異株的可擴充套件篩選工具應（i）允許檢測病毒RNA中的單核苷酸突變，（ii）提供較短的樣本以獲得週轉時間（turnaround time），以及（iii）提供多路複用能力以識別多個變異株。針對上述功能，目前的所使用的檢測方法都分別存在著操作複雜、成本高、技術不成熟等缺點。
為此，四川大學華西醫院李為民教授、鄧銳傑副研究員和清華大學李景虹教授等人發表最新工作，開發了一種廉價（每次測試約0.30美元）的檢測手段並對其進行效能基準測試，可實現快速（樣本應答（sample-to-answer）時間在30分鐘內）的 SARS-CoV-2變異株比色檢測。這種紙基檢測方法充分利用了核酸鏈置換反應、與單鹼基對錯配相關的熱力學能量損失和金屬離子控制的尿素酶切等來放大對病毒RNA的識別，從而可透過智慧手機比色讀出pH值的變化。在50份咽拭子樣本中，該檢測可同時檢測SARS-CoV-2的存在以及SARS-CoV-2變異株α、β和γ的特異性突變，其結果與實時定量和RNA測序等經典方法完全一致。研究認為，這種可檢測病毒及其變異株的可定製且廉價的紙基分析方法有望大幅提高對病毒的監測能力。
文獻連結：
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00907-0%E2%80%8B
Nat. Nanotech.：質子驅動的可變形奈米疫苗實現癌症免疫治療
癌症疫苗有望改善癌症治療的效果。然而，對腫瘤抗原的內體捕獲和低免疫原性通常限制了疫苗接種策略的效率。在此，國家奈米科學中心梁興傑研究員與清華大學李景虹教授等人提出了一種基於質子驅動的奈米轉換器疫苗，其包含了基於聚合物-肽偶聯物的奈米轉換器和所負載的抗原肽。基於奈米轉換器的疫苗誘導了強烈的免疫反應，同時也沒有實質性的全身毒性。在酸性內體環境中，基於奈米轉換器的疫苗會經歷從奈米球（直徑約100 奈米）到奈米片（長度或寬度為幾微米）的劇烈變化，從而機械地破壞內體膜並直接將抗原肽遞送到細胞質中。不僅如此，重新組裝的奈米片還透過啟用特定的炎症途徑增強腫瘤免疫力。基於奈米轉換器的疫苗有效抑制了小鼠B16F10-OVA和人乳頭狀瘤病毒-E6/E7腫瘤模型中的腫瘤生長。此外，在B16F10模型中，將基於奈米轉換器的疫苗與抗PD-L1抗體結合可導致超過83天的存活，並且在大約一半的小鼠中產生完全的腫瘤消退作用。這種質子驅動的可變形奈米疫苗為癌症免疫療法提供了一種強大而安全的策略。
文獻連結：
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00782-3
Nat. Nanotech.：成像單奈米顆粒的電催化活性
奈米顆粒的電催化效能取決於它們的尺寸、形狀和組成。這些性質通常透過測量大量奈米顆粒的總電催化反應電流進行檢測，但這種方法很耗時，而且只能測量所研究奈米顆粒的平均催化活性。與此同時，新型催化劑的開發要求能夠快速測量在各種條件下合成的奈米顆粒的性質，甚至在理想情況下，還需要測量單個奈米顆粒的電催化活性。
亞利桑那州立大學Nongjian Tao教授、清華大學李景虹教授和Ying Gu等人發表研究表明，基於等離子體的電化學電流成像技術可以同時對印在電極表面的1.6×105鉑奈米顆粒陣列的電催化反應進行成像和量化，這可以促進對奈米顆粒催化活性的高通量篩選。研究還表明，該方法可用於對電催化反應電流進行成像，並測量單個奈米顆粒的迴圈伏安圖。
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https://doi.org/10.1038/nnano.2012.134
Nat. Nanotech.：測量石墨烯的量子電容
石墨烯因其獨特的電子性質而受到廣泛關注。到目前為止進行的許多研究都集中在其電子遷移率上，而該性質是由帶電雜質和其他不均勻性的散射決定的。然而與此同時，另一個重要的引數，量子電容，在很大程度上卻被忽視了。
有鑑於此，亞利桑那州立大學Nongjian Tao教授和清華大學李景虹教授等人報道了使用三電極電化學配置直接測量石墨烯的量子電容作為柵極電勢的函式。量子電容在狄拉克點處具有非零最小值，並且在最小值的兩側以相對較小的斜率線性增加。研究發現，帶電雜質也會影響量子電容，這是理想石墨烯的理論也還沒有預測到的現象。研究還測量了不同離子濃度下水溶液中的電容，而結果則表明，關於碳基電極中介面電容的長期困惑有其量子根源。
文獻連結：
https://doi.org/10.1038/nnano.2009.177
Nat. Protocol：利用氧化石墨烯奈米片感測平臺在活細胞中實時監測ATP和GTP
細胞內多分子的同時感測和成像是探索生物系統中蛋白質功能或闡明動態生物過程（如代謝活性、細胞增殖、細胞凋亡、受體佔據、報告基因表達和抗原調節）的關鍵。而ATP和GTP是調節各種生物過程的典型能量分子。因此，非常需要用於活細胞中ATP和GTP同時視覺化的原位分析平臺。然而，開發用於ATP和/或GTP檢測的感測劑仍然是分子成像領域的一個主要挑戰。
清華大學李景虹教授等人提出了一個詳細的方案，透過使用氧化石墨烯奈米片（GO-nS）和DNA/RNA適體原位多重熒光監測MCF-7乳腺癌症細胞中的腺苷-5′-三磷酸（ATP）和鳥苷-5′-三磷酸（GTP）。作者使用FAM標記的ATP適體和Cy5修飾的GTP適體，透過適體與GO-nS之間的“π-π堆疊”構建多適體/GO-nS感測平臺。適體與GO-nS的結合保證了熒光團和GO-nS之間的熒光共振能量轉移，導致“熒光熄滅”。當適體/GO-nS透過內吞作用在細胞內運輸時，適體的構象將隨著與細胞ATP和GTP的相互作用而改變。在熒光“關閉/開啟”切換的基礎上，透過熒光和共聚焦顯微鏡技術實現了ATP和GTP在體外和原位的同時感測和成像。
文獻連結：
https://doi.org/10.1038/nprot.2014.126
Sci. Adv.：配體交聯的鈣鈦礦奈米晶實現直接光致圖案化
鈣鈦礦材料憑藉優異的光物理效能（吸收係數高達105/cm、載流子遷移率高達10 cm2 V−1 s−1、遷移路徑長達10 um、帶隙可調等）和簡便的溶液操作法（成本低），已成為新一代光電器件的強有力競爭者。為了實現面向市場化和具有實際應用情景的高分辨RGB陣列和光檢測器陣列的整合光電器件，精確的微尺度圖案化是先決條件。然而，理想的圖案化方法應當同時滿足普適性（適應各種不同尺寸和表面態的晶體）、相容性（與所構建整合器件的工作流程完全相容）以及能夠以高通量方式獲得高解析度、均勻的圖案，加之鈣鈦礦材料（特別是鈣鈦礦奈米晶）容易受溫度、溶劑、化學環境等的影響。因此，目前的圖案化技術（包括電子束/離子束刻蝕、鐳射直寫、噴墨列印等）需同時滿足高圖案化質量、多功能性以及與裝置製造工作流程的相容性等條件仍存在巨大挑戰。
為解決這一問題，清華大學李景虹院士、張昊副教授和湖南師範大學張友玉教授等人合作創造性地開發一種使用配體交聯劑直接光致圖案化鈣鈦礦奈米晶（DOPPLCER）的有效方法，避免了配體交換。透過DOPPLCER方法制備的圖案化鈣鈦礦奈米晶體薄膜在展示高解析度、多色圖案化的同時具有與傳統非圖案化薄膜相當的光致發光、電致發光和光電導性。此外，將圖案化鈣鈦礦奈米晶陣列應用於發光二極體(LED)器件中，其峰值外量子效率（EQE）高達 6.8%，亮度超過 20,000 cd m−2，兩者均是已報道的圖案化鈣鈦礦奈米晶體器件中最高值之一。該技術方法為鈣鈦礦奈米材料的系統級整合創造了新的可能性，有望應用於整合光電子器件的製備。
文獻連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8433
Angew：靶向調節膠質瘤微環境的奈米藥物
膠質瘤（GBM）是中樞神經系統原發性惡性腫瘤，具有發病率高、死亡率高、複發率高、以及治癒率低等特點。免疫療法，如免疫檢查點抑制劑、嵌合抗原受體T細胞免疫療法和疫苗等，已經在多種惡性腫瘤治療中取得了良好的療效。然而，在膠質瘤的治療中，大多數免疫療法的總體獲益都差強人意。治療藥物進入腦腫瘤時不僅受到血腦屏障的限制，內源性和治療誘導的免疫抑制微環境也會大幅削弱藥物的治療效果。
清華大學李景虹院士團隊對合成進行靶向修飾，設計合成了具有腫瘤微環境靶向調節能力的奈米藥物，用於膠質瘤免疫治療。為了更有效地啟用抗腫瘤免疫響應，作者創新性地提出了將SOCS1作為免疫治療潛在靶點，開發設計了靶向調節膠質瘤免疫微環境對的奈米藥物THDL@Ag@CpG-siSOCS1。該奈米藥物在體內高效在膠質瘤微環境蓄積，有效沉默SOCS1 mRNA，解除SOCS1對DC成熟和T細胞增殖的抑制作用，膠質瘤特異性抗原肽和免疫佐劑協同地啟用抗腫瘤免疫響應，抑制膠質瘤生長。奈米藥物THDL@Ag@CpG-siSOCS1有效靶向和調節膠質瘤微環境，啟用抗腫瘤免疫反應。該策略為膠質瘤微環境的靶向和調節提供了全新的思路。
文獻連結：
https://doi.org/10.1002/ange.202312603
Adv. Sci.：中性粒細胞遞送空心鈦覆蓋持續發光奈米增敏劑用於超聲增強的化療和免疫膠質母細胞瘤治療
膠質母細胞瘤(GBM)是一類臨床上治療效果不佳的惡性腦腫瘤，受血腦屏障的保護，導致有限的藥物傳遞和積累效率，導致GBM對各種干預(特別是相對大規模的多功能奈米結構和抗體治療)表現出惰性。此外，傳統的非靶向小分子藥物(如替莫唑胺)，給藥劑量大，導致患者的副作用明顯。此外，GBM中複雜的微環境對腫瘤殺傷和免疫啟用具有高度抑制作用，使得單模式治療下腫瘤易復發。因此，可增強血腦屏障穿透和GBM積累能力的多模式治療平臺在GBM治療中受到廣泛關注。
為增強GBM治療並抑制其復發，清華大學李景虹教授和江南大學嚴秀平教授等人合作設計了一種空心TiO2覆蓋的持久發光奈米增敏劑，用於光學成像引導下的超聲增強化療/免疫治療GBM。該奈米增感劑由ZnGa2O4:Cr3+ (ZGO)核組成，用於持續發光成像，以及空心TiO2外殼(作為聲敏劑)用於治療控制。ZGO是一種在紅色發光二極體(LED)照射下具有長餘輝、近紅外-持續發光特性發光熒光粉。這種獨特的光學特性使高信噪比(SNR)無背景奈米平臺追蹤成為可能，因此可以用於GBM精確定位指導治療。將免疫檢查點抑制劑抗PD -1抗體負載在多孔ZGO@TiO2上，以緩解GBM的免疫抑制。採用紫杉醇(PTX)負載脂質體作為材料的最外層，以實現對GBM的化學抑制，並進行抗體包封。獲得的ZGO@TiO2@ALP被中性粒細胞(ZGO@TiO2@ALP-NEs)內部化，用於BBB可穿透輸送。靜脈注射後，GBM的炎症吸引ZGO@TiO2@ALP-NEs透過形態變化穿過血腦屏障以實現GBM累積。超聲(US)照射GBM位點引發了ZGO@TiO2@ALP的ROS生成，來打破脂質體覆蓋，用於PTX和抗PD-1抗體的釋放，以殺死腫瘤和誘導區域性炎症，這反過來吸引更多ZGO@TiO2@ALP- NEs到腫瘤位點以增強GBM治療。該治療使GBM攜帶小鼠的存活率從0%提高到40%，並給予其腫瘤復發的長期免疫監測，為精確治療GBM等癌症提供了新的途徑。
文獻連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202004381
來源：BioMed科技
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