周日早报 | 纳米纤维可轻松制造；紫外线杀菌灯如何影响健康；2023全球化工行业展望

受桑蚕启发的纳米纤维简便纺织技术

Nano Letters

你知道吗，丝绸是由桑蚕吐丝制成的？目前，桑蚕通过其分泌的黏液作茧的方式帮助科学家更加轻松地制造新型生物医用材料。在美国化学会 Nano Letters 发表的一篇论文中， 作者通过模拟桑蚕看似简单的点头动作，制作出了超细纤维和纳米纤维。其优势在于，纤维的质地更加均匀，所需的设备更少。

在许多领域，纳米纤维已成为颇具吸引力的热门材料，包括伤口敷料和柔性电子设备。但纳米纤维的制造难度相当大，尤其是在生产纳米级纤维时，后者的厚度仅为人类头发的几千分之一。最近开发的纳米纤维纺织技术或者过于复杂，或者速度较慢，或者生产的纤维质地粗糙。然而，也许桑蚕才是一种适当的“解决方案”。这种蠕动的小动物在唾液中分泌一种双蛋白溶液，并通过其连续吐出长长的细丝。此后，桑蚕反复吐出这种单根细丝并将其粘在身上直到织成蚕茧将其包住为止。人们随后会将蚕茧解开并织成丝绸。受桑蚕启发，四川大学的 Yu Wang、Wei Yang、Xuewei Fu 和同事们希望开发一种纳米纤维纺织技术，能够以最少的设备，快速、简便地生产出连续均匀的细丝。

为制作这些细丝，研究人员将大量细小的纳米针插入浸泡过环氧乙烷溶液的一块泡沫中，然后在随后的微粘附引导（MAG）纺织过程中将其拔出。通过模拟桑蚕吐丝的头部移动方式，能够制作出不同类型的细丝：直拉可以造出有规律的定向纤维；摇摆或振动可以造出交联纤维；旋转针头阵列可以造出扭曲的“一体”纤维。此外，不同于此前的技术，它们所生产的细丝不会相互缠绕。

另一种更加简化的 MAG 纺织技术甚至不需要微型针头。使用这种技术时，泡沫的自然粗糙质地可以充当微型针头的粘附点。研究人员将两块泡沫浸入上述高分子溶液中，然后将其拿出、分开，轻松实现了两条细丝的快速纺织。他们利用这种方法将细丝拉出并直接缠在人体皮肤上，得到一种快速成型的定制绷带。这些绷带纤维还含有一种抗生素，可抑制细菌的生长。研究人员表示，这项研究为纳米纤维在生物医用领域的未来应用开辟了新天地。

作者感谢中国国家自然科学基金委员会和中央高校基本科研基金的资助。

文章原题 ：

Biomimetic Microadhesion Guided Instant Spinning

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03297

紫外线杀菌灯：杀菌消毒和空气质量之间的取舍

Environmental Science & Technology Letters

当寒冬来袭，人们呆在室内的时间更多，这为新冠病毒（SARS-CoV-2）和流感等空气传播病原体的肆虐提供了可乘之机。紫外线灭菌（GUV）灯可对流动空气杀菌，但其所含的短波紫外线（UVC）有可能将空气传播的化合物转化为潜在的有害物质。在美国化学会 Environmental Science & Technology Letters 发表的一篇研究论文中， 作者对UVC灭菌灯引发的化学反应进行了建模，结果发现，这些灭菌灯在杀灭病毒的同时会产生空气污染物。

Computer models suggestthat germicidal UVC lamps could have benefits in environments at high risk ofairborne pathogen transmission.  Credit: KorayCakir/Shutterstock.com

长期以来，消毒 UVC（灭菌UV）灯一直都是快速杀灭室内空气传播病原体的有效方法，成本效益明显。其中一种方案使用的是254 nm波长灯管，有可能对人眼和皮肤造成损伤。这种设备需要安装在吊顶附近或通风管道内。最近，科学家提倡采用222 nm波长灭菌灯进行全屋消毒，因为有报道称，该波长对人体更加安全。

然而，UVC 灯有可能引发许多化学反应。例如，这种灯会导致空气中的分子分解形成羟自由基和臭氧等强氧化剂。这些氧化剂可能将空气中存在的挥发性有机化合物（VOC）转化为过氧化物和羰基化合物，它们会被 UVC 等进一步分解成有机自由基。这些强氧化剂和有机自由基通过二次反应会产生额外的 VOC 和颗粒物，其中一些产物有可能对人体健康产生不利影响。然而，GUV 系统中通过这些二次反应产生的潜在化合物含量目前尚未得到研究。因此， Zhe Peng、Shelly Miller 和 Jose Jimenez 希望利用计算机模型，评估这两种UVC空气清洁系统在一般室内条件下对消毒效果和空气质量所产生的潜在影响。

通过计算机模拟，研究人员估算了三种室内情景下的新冠病毒（SARS-CoV-2）清除率和产生的二次 VOC。这三种情景分别对应不同室内通风率。最初结果显示，与仅采取通风措施相比，这两种 UVC 波长可以显著降低新冠病毒（SARS-CoV-2）感染风险。模型还预测这两种系统会与室内空气中存在的 VOC 发生二次反应。尽管可能产生的 VOC、臭氧和颗粒物数量很少，但模型估算的含量却不容忽视。

根据这些结果，研究团队建议在空气传播病原体传播风险高的环境中使用 GUV 系统，因为除菌的收益可以弥补额外空气污染物所产生的影响。然而研究员指出，这项研究得到的结果仅限于专为计算机模型挑选的环境，可能与真实环境存在差别。

作者感谢美国科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所（CIRES）创新研究项目和 Balvi Filantropic 基金的资助。

文章原题：

Model Evaluation of Secondary Chemistry due to Disinfection of Indoor Air with Germicidal Ultraviolet Lamps

https://doi.org/10.1021/acs.estlett.2c00599

胰岛素片研发的一大突破

ACS Nano

对于数百万糖尿病患者而言，胰岛素是一种救命药。然而与许多其他药物不同的是，胰岛素不能直接通过服用药丸进行输送，需要采用注射器或皮下泵进行注射。长期以来，研究人员一直在研制胰岛素片。目前，有研究团队在 ACS Nano 上报告称， 他们用一种由化学“微型电机”驱动的口服药片将胰岛素成功输送至大鼠结肠。

Chemical “micromotors,” as illustrated here, can effectively deliver insulin in rats without an injection.

Adapted from ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c07953

糖尿病患者很难调节自身血糖水平，因为其体内只能合成少量或无法合成胰岛素。合成胰岛素已问世一百多年，但其通常是通过注射或植入泵进行给药的。糖尿病患者一天之内通常需要多次注射胰岛素。频繁注射带来的痛苦，导致一些患者无法在正确的时间服用推荐剂量。

这种药物采用口服形式比较理想，但在它被肠道吸收并进入血液之前，胃部的恶劣环境会分解并中和这种激素。以往的尝试是通过口服微型或纳米载体来保护胰岛素免受胃酸的影响，但前提是，胰岛素需要被动扩散至结肠内膜细胞中，但这种方式的效果并不理想。一种更好的方法是，在体内主动移动药物，比如最近报告的一种机器人胶囊，后者可以钻进小肠的厚粘膜层来输送药物。南方医科大学的  Yingfeng Tu 、中山大学的  Fei Peng、Kun Liu 和同事希望通过他们制作的装有胰岛素的迷你药片实现类似的效果。这种迷你药片装有尺寸非常小的化学“微型电机”，可以安全有效地将胰岛素输送到结肠。

为了制造这些药片，研究人员在镁微粒上覆盖了一层含胰岛素的溶液和一层脂质体。然后，他们将这些颗粒与小苏打混合，将其压成大约3 mm长的微型片剂，然后用酯化淀粉溶液覆盖。淀粉可以保护药片不受胃酸的影响，使它们完好无缺地到达结肠。当它们分解时，镁微粒与水反应产生一股氢气气泡，这些气泡就像微型电机一样，将胰岛素推向结肠粘膜并被吸收。研究小组还使用大鼠测试了他们的迷你片剂，发现其可以显著降低动物血糖水平，时间可持续五个多小时。实际上，这些片剂的血糖维持效果可与注射式胰岛素相媲美。虽然仍有许多工作要做，但研究人员表示，他们的研究为开发更多传统注射药物的口服配方迈出了坚实的一步。

作者感谢中国国家自然科学基金委员会、广东省基础与应用基础研究基金委员会和丽水市重点研发计划项目的资助。

文章原题 ：

Micromotor Based Mini-Tablet for Oral Delivery of Insulin

陨石和伽马射线可能为地球提供了生命基石

ACS Central Science

詹姆斯·韦伯太空望远镜为科学家提供了遥远银河系的精细图像，展示了更加辽阔的宇宙景象。然而，科学家至今仍对地球的生命起源存在争议。其中一种假说认为陨石为地球带来了生命的基石——氨基酸。目前，某研究团队在 ACS Central Science 报告称，他们通过实验发现， 氨基酸可能是在这些早期陨石中形成的，是由太空岩石内部产生的伽马射线驱动的反应形成的。

The building blocks oflife, amino acids, could have been formed in early meteorites, such as the oneshown here. Credit: abriendomundo/Shutterstock.com

地球最初是一个无菌星球。自其形成起，即不断有陨石高速穿过大气层向地球表面飞去。如果最初的太空碎片含碳质软玉石（一类陨石，其成分含有大量的水和小分子，如氨基酸），则其可能有助于地球上的生命进化。然而，陨石中氨基酸的来源一直难以确定。 Yoko Kebukawa 和同事通过此前进行的实验发现，简单分子之间的反应（例如氨和甲醛）可以合成氨基酸和其他大分子，但需要液态水和热量。放射性元素，如铝26（26Al）——目前已知其存在于早期碳质软骨岩中，能够在衰变时释放伽马射线，后者是一种高能辐射形式。这一过程可能提供了合成生物大分子所需的热量，因此，癸生川阳子和一个新的团队希望进行探索，这种辐射是否可能促进了早期陨石中氨基酸的形成。

研究人员将甲醛和氨溶解在水中，将溶液密封在玻璃管中，然后用钴60衰变产生的高能伽马射线照射这些玻璃管。他们发现，随着总伽马射线剂量的增加，α氨基酸（如丙氨酸、甘氨酸、α基氨基丁酸和谷氨酸）和β氨基酸（如β基丙氨酸和β氨基异丁酸）在辐照溶液中的产量上升。根据这些结果和来自陨石中26Al衰变的预期伽马射线剂量，研究人员估计，要产生1969年坠入澳大利亚的默奇森陨石所含的丙氨酸和β丙氨酸含量，需要耗时1000到10万年。研究人员表示，这项研究提供了伽马射线催化反应可以产生氨基酸的证据，可能有助于发现地球的生命起源。

作者感谢日本学术振兴会提供的科研经费（KAKENHI）。

文章原题 ：

Gamma-Ray-Induced Amino Acid Formation in Aqueous Small Bodies in the Early Solar System

https://doi.org/10.1021/acscentsci.2c00588

C&EN 2023 全球化工行业展望

C&EN

• 经济和商业：

  美国化工行业将在轻微的经济衰退中遭受打击；欧洲面临天然气价格高企这一痛苦的新常态；中国化工行业有望实现复苏；细胞培养肉距离餐桌更进一步；     

    

• 环境： 关于继续推进塑料协定和化学品协议的对话

  塑料污染和持续性污染物控制以及商业化学品的优化管理，将成为本年度化工企业国际政策议程的首要事项；

• 污染：

  美国环保倡导者将监测联邦资助途径；

• 可持续发展： 整个行业将围绕碳计量标准携手合作

  温室气体减排承诺已成为企业申请运营许可的重要组成部分，在此背景下，涌现出多个二氧化碳计量方法。2023年，化工行业将开始围绕几个特定的可持续性计量方案携手合作，以满足对分数有要求的客户，后者需要用这些分数进行对比；

• 化工法规：

  对美国化工监管机构而言又一个充满挑战的年份；美国环保署（EPA）倾向于厘清两种全氟和多氟化合物（PFAS）的清理义务；

• 储能：

  在公共资金的支持下，2023年各国将大力建设电池工厂；

• 生物基化学品：

  发酵法将发展成一种化学品生产工艺；

• 信息学：

  化工企业将对数字平台实施标准化；

• 出版： 美国机构将公布出版物和数据即时开放获取计划

  今年，美国将就研究资助机构如何实施出版物和数据即时开放获取措施公布相关计划。这些计划包括数据获取，无论其是否为出版物的基础数据。美国国立卫生研究院（NIH）数据分享计划将于2023年1月实施。

C&EN’s World Chemical Outlook 2023

Jan 16, 2023 | Volume 101, Issue 2