化学生物工程前沿交叉研究部

化学生物工程前沿交叉研究部于2022年正式成立，通过化学、生物和工程等多学科交叉融合，从电子和分子的水平出发，通过无机和有机化学相结合，充分发挥中空多壳层结构 (HoMS)的合成化学及糖链构效功能的研究特色。
研究部围绕我国的“碳达峰、碳中和”和“健康中国”目标，以物质的化学转化与能量的转换存储、功能糖链与生物材料的绿色制备、结构解析与应用和先进药物递送系统与生物安全快速检测为主要出口，开展具有原创性、前瞻性的科学研究，建立交叉科学研究范式；通过基础学科与工程应用的协同发展，加速基础研究向实际应用的快速转化。2023 年发表 SC| 论文 72 篇,申请国内发明专利5 项,获授权中国发明专利1项、实用新型 1项。年度新获批项目超过 14 项。

重点进展一：向科学深度进军 | HoMS的深入理解与精准调控

王丹团队和葛蔚团队合作，提出了浓度波是HoMS形成的物理本质的新观点，并进行了数值模拟和实验验证，将次序模板法的应用场景从高温气固相反应扩展到低温液固相反应，突破了次序模板法煅烧合成HoMS的诸多限制，实现了更精确的壳层结构调控。借助介科学理论体系，整合实验结果，建立各类HoMS从合成方法到应用性能的分析预测模型，有望在未来的工作中实现对HoMS数字化。(Angew. Chem. Int. Ed, 2023, e202302621; Advanced Science, 2023, DOI: doi.org/10.1002/advs.202305408.)

图1 HoMS形成过程的浓度波说明及数学表达式

重点进展二：面向重大需求 | 中空多壳层结构强化资源利用

HoMS作为锂离子电池的电极材料缓冲充放电过程中的体积膨胀、结构应力，缩短电子和离子传输路径，提高锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。(Adv Mater 2023, 35, 2209354; Chem Res Chinese Universities 2023, 39, 630; ChemNanoMat, 2023, e202300148)
HoMS作为硫正极的多功能载体，显著提高锂硫电池的能量输出，提高循环稳定性和倍率性能。（Nano Res. 2023,16, 12745; Chin. Sci. Bull. 2023, 10.1360/TB-2023-1006）

重点进展三：面向人民生命健康 | 先进药物与递送系统基于HoMS的响应性药物递送系统

就微环境响应性的HoMS药物递送系统(DDS)的释放机制和最新进展进行了深入阐述，强调了基于载体内部变化（包括pH、温度和机械力）调节内部微环境的策略，将为响应性药物递送系统的发展提供有价值的策略。(Adv. Funt. Mater., 2023, 33，2300681.)

图2 基于中空结构给药系统的外部微环境响应与内部微环境调控策略

DMF装置上酶促反应和磁操作的自动偶联策略

为促进糖链测序或合成自动化的发展，设计了一种将在DMF上酶促降解或合成寡糖与磁珠操作相结合的策略，实现了酶促反应后的分离和纯化过程，首次在数字微流控（DMF）设备上，使用微滴作为微反应器，成功地进行了酶催化的程序化糖链降解和合成。（Front. Bioeng. Biotechnol.2023，DOI：10.3389/fbioe.2023.1201300）

图3 DMF装置上酶促反应和磁操作的自动偶联策略