摘要：Bone screws are devices used to fix implants or bones to ***,conventional screws are mechanically fixed with thread and often face long-term failure due to poor *** improve osseointegration,screws are evolving from solid and smooth to porous and *** manufacturing(AM)offers a high degree of manufacturing freedom,enabling the preparation of predesigned screws that are porous and *** paper provides an overview of the problems currently faced by bone screws:long-term loosening and screw ***,advances in osseointegrated screws are summarized hierarchically(sub-micro,micro,and macro).At the sub-microscale level,we describe surface-modification techniques for enhancing *** the micro level,we summarize the micro-design parameters that affect the mechanical and biological properties of porous osseointegrated screws,including porosity,pore size,and pore *** addition,we highlight three promising pore shapes:triply periodic minimal surface,auxetic structure with negative Poisson ratio,and the Voronoi *** the macro level,we outline the strategies of graded design,gradient design,and topology optimization design to improve the mechanical strength of porous osseointegrated ***,this paper outlines advances in AM technology for enhancing the mechanical properties of porous osseointegrated *** osseointegrated screws with hierarchical design are expected to provide excellent long-term fixation and the required mechanical strength.

摘要：The development of effective antifreeze peptides to control ice growth has attracted a significant amount of attention yet still remains a great ***,we propose a novel design method based on in-depth investigation of repetitive motifs in various ice-binding proteins(IBPs)with evolution *** this way,several peptides with notable antifreeze activity were *** particular,a designed antifreeze peptide named AVD exhibits ideal ice recrystallization inhibition(IRI),solubility,and biocompatibility,making it suitable for use as a cryoprotective agent(CPA).A mutation analysis and molecular dynamics(MD)simulations indicated that the Thr6 and Asn8 residues of the AVD peptide are fundamental to its ice-binding capacity,while the Ser18 residue can synergistically enhance their interaction with ice,revealing the antifreeze mechanism of ***,to evaluate the cryoprotection potential of AVD,the peptide was successfully employed for the cryopreservation of various cells,which demonstrated significant post-freezing cell *** work opens up a new avenue for designing antifreeze materials and provides peptide-based functional modules for synthetic biology.

摘要：对于研究高分子溶液的动力学行为来说,计算分子动力学(MD)采用的隐式溶剂模型中的流体动力学相互作用(HI)是极其重要的。对于计算HI来说,Cholesky方法是最常用到的分解扩散张量的方法。然而,当体系包含粒子的数目较大时,该方法所需的计算量往往大到难以承受。因此,开发计算HI的高效率技术非常必要。近来,机器学习,特别是深度神经网络(DNN),已经在计算多体相互作用方面得到了显著提升。该技术可以显著减少MD模拟所需的计算时间,因此受到了越来越多的关注。在本项研究中,通过应用机器学习方法,我们发展了一种用于加速计算HI的DNN模型,其相互作用训练集通过针对高分子和溶剂的MD模拟来获取。该DNN模型则通过Deepmd-kit软件包来训练。我们选取表现最好的模型,用以取代对扩散张量的分解。计算得到的高分子链的回转半径和扩散系数用来验证模型的精确度。测试结果表明,相较于显式溶剂模型,我们的DNN模型在计算单链的回转半径和扩散系数方面具有优秀的计算精度。此外,该方法还具有两个显著优势。首先,设计训练集只需要特定链长的一条链,其结果却可以应用于其他链长却不影响计算精度。这就大大降低了训练需求。其次,运行时间与链长线性相关,这就使得计算HI的计算成本也大幅缩减。总之,我们开发的方法提供了一种针对长期悬而未决的计算高分子溶液中的HI的成本过于高昂的解决思路。

摘要：随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

摘要：生物材料表面的物理性质,如拓扑结构,由于其易于加工和稳定的生物作用而受到广泛关注.虽然已有许多研究报道了材料表面拓扑结构与细胞的相互作用,但由于不同研究中使用的微结构和实验环境的多样性,生物材料表面不同微结构与细胞/组织行为之间的影响关系尚未得到很好的统一评价.在本研究中,我们设计了11种图案(三角形、矩形、圆形等),这些图案包含两种类型的形貌(微坑和微柱),这样一共得到22种表面拓扑结构.我们在体外和体内对这些微结构影响细胞和组织的生物作用进行了评估.我们的研究结果表明,由连续微坑形成的凹槽微结构促进细胞迁移效果相比其他微结构更强.其中,由三角形微坑组成的凹槽在体外对细胞迁移的促进作用最强.在大鼠皮下模型中,这种三角形微坑组成的凹槽结构减少了纤维组织的包封,促进了血管的形成.

摘要：In vaccine development,broadly or cross-type neutralizing antibodies(bnAbs or cnAbs)are frequently targeted to enhance *** immunodominant antibodies could help fine-tune vaccine immunogenicity and augment the precision of immunization ***,the methodologies to capitalize on the attributes of bnAbs in vaccine design have not been clearly *** this study,we discovered a cross-type neutralizing monoclonal antibody,13H5,against human papillomavirus 6(HPV6)and *** nAb exhibited a marked preference for HPV6,demonstrating superior binding activity to virus-like particles(VLPs)and significantly higher prevalence in anti-HPV6 human serum as compared to HPV11 antiserum(90%vs.31%).Through co-crystal structural analysis of the HPV6 L1 pentamer:13H5 complex,we delineated the epitope as spanning four segments of amino acids(Phe42-Ala47,Gly172-Asp173,Glu255-Val275,and Val337-Tyr351)on the L1 surface *** interaction analysis and site-directed mutagenesis revealed that the Ser341 residue in the HPV6 HI loop plays a critical role in the interaction between 13H5 and *** Ser341 with alanine,which is the residue type present in HPV11 L1,almost completely abolished binding activity to *** swapping amino acids in the HPV11 HI loop with corresponding residues in HPV6 L1(Ser341,Thr338,and Thr339),we engineered chimeric HPV11-6HI ***,the chimeric HPV11-6HI VLPs shifted the high immunodominance of 13H5 from HPV6 to the engineered VLPs and yielded comparable neutralization titers for both HPV6 and HPV11 in mice and non-human *** approach paves the way for the design of broadly protective vaccines from antibodies within the main immunization reservoir.

摘要：铂(Pt)是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)阳极氢氧化反应(HOR)中最先进的电催化剂.然而,Pt催化剂对CO(工业低成本氢燃料中的杂质)极度敏感从而中毒,这会引起器件性能的急剧衰退,导致器件运行成本高.因此,提高Pt催化剂的CO耐受性对PEMFCs的商业化推广至关重要.在此,我们设计合成了一种独特的PtNiW@WO_(x)核壳纳米线来提高Pt基催化剂对CO的耐受能力.机理研究表明,表面无定形的WO_(x)壳层可以作为分子围栏,在动力学上阻碍CO扩散到达Pt位点.在热力学上,Ni和W元素合金化产生的电子效应可以使Pt的d带中心降低,减弱CO在Pt位点上的化学吸附.此外,亲氧W元素可以加速水的解离,提供更多OH活性物种,促进CO的氧化脱附.因此,在1000ppm CO/H_(2)条件下,所设计的PtNiW@WO_(x)核壳纳米线催化剂表现出优异的HOR抗CO中毒性能,在4000 s后仍能保持超过90%的HOR电流密度,超过了原始的PtNi纳米线和目前报道的绝大多数Pt基催化剂.

摘要：近红外(NIR)光驱动水分解产生氢气(H_(2))一直以来都是光催化领域备受关注的问题,但由于其动力学和热力学方面的缺陷,迄今为止仍是一项艰巨的挑战.为了突破这一限制,我们通过简便的水热法设计出了富含硫空位的无贵金属二维(2D)ZnIn_(2)S_(4)-基光催化剂,并首次使用单组分ZnIn_(2)S_(4)-基材料实现了波长大于800 nm的近红外驱动制氢性能.根据价带光谱、紫外-可见-近红外DRS光谱、稳态PL光谱、瞬态光电流响应和EPR表征,我们揭示了存在一个高效的Urbach带尾吸收用于捕获近红外光.硫空位在ZnIn_(2)S_(4)纳米片中的成功构建不仅扩展了光谱吸收范围,而且具有出色的载流子扩散特性和丰富的活性位点.因此,我们的研究结果可能会为未来开发近红外响应的ZnIn_(2)S_(4)-基光催化剂用于实现高效近红外驱动制氢提供一定的指导.

摘要：光生电荷的分离和转移被认为是影响BiVO_(4)基光阳极光电性能的核心因素之一.本文设计了在BiVO_(4)光阳极与析氧助催化剂之间插入空穴提取层的方法.Cu_(2)O作为空穴提取层引入到助催化剂层(FeOOH/NiOOH)和BiVO_(4)之间,可以有效优化空穴的迁移路径,延长光生空穴的寿命,从而提高电极的光电化学性能.与BiVO_(4)相比,调整后的BiVO_(4)/Cu_(2)O/FeOOH/NiOOH光阳极的电荷分离效率从70.6%提高到了92.0%.此外,该光阳极在1.23 VRHE(AM 1.5G照明下)下,还显示出了3.85 mA cm^(-2)的高光电流密度,是BiVO_(4)的2.77倍.我们的研究结果表明,电沉积Cu_(2)O空穴提取层是一种简单且可扩展的方法,能够有效提高BiVO_(4)的光电活性,可用于太阳能驱动水分解领域.

摘要：扑翼机器人是一种高仿生度的飞行器,它可以执行军事侦察和民用监测任务。在执行这些任务时,避障是一种确保扑翼机器人安全的必要功能。本文设计了一种基于单目视觉的扑翼机器人自主避障系统,其中所有图像的处理计算均使用机载处理器实现。在这个系统中,机载处理器的质量被减至48 g,以便于扑翼机器人可以携带它稳定飞行。该系统的工作流程可以分为以下几步:首先,图像采集模块获取周围环境的视频图像;然后,机载处理器通过处理扑翼机器人第一视角的光流信息来计算方向舵角度和转弯方向;最后,飞控板接收计算结果并控制扑翼机器人避开障碍物。地面站对扑翼机器人飞行过程进行实时监测,实验结果验证了本文所设计的避障系统的有效性。