重磅！2022年度化学领域十大新兴技术公布

最近，国际纯净的化学联合会（IUPAC）宣布了“ 2022年化学新兴技术的十大新兴技术”。详细的介绍如下：

01钠离子电池

钠离子电池

钠离子电池（NIB或SIB）是一种可充电电池，类似于锂离子电池，但使用钠离子作为电荷载体。它的工作原理和电池结构几乎与锂离子电池广泛使用的原理相同，但使用钠化合物而不是锂化合物。

钠离子电池正在成为现有锂电池技术的潜在替代品，因为世界将面临后者资源的减少。此外，考虑钠是未来的替代电池技术，与锂相比，钠的低成本是一个有前途的因素。由于SIB使用丰富而廉价的材料（例如钠而不是锂和铝替代铜），因此预计它们会比LIB便宜。此外，SIBS对环境的影响很小。尽管SIB比LIB重，但它们更适合不太重要且体积的固定储能系统。

我们需要更好，更负担得起的电池。钠离子电池是一种丰富而合理的锂替代品。 -iupac

02纳米酶

纳米蛋白酶酶

纳米技术是开发Covid-19疫苗的关键。纳米世界在医疗保健和生物医学领域的可能性变得显而易见，许多其他技术也引起了研究人员和IUPAC专家的关注。其中，具有天然酶特征的纳米酶，纳米材料以及一些补充特征。由于纳米化是人造的，并且在实验室中设计，因此在稳定性，可回收和成本方面具有许多优势。与仅在特定温度和pH范围内起作用的天然酶不同，纳米酶可以承受恶劣的条件并允许持续，安全和稳定的存储。

大约20年前，纳米酶领域出现。 2004年，意大利研究人员将黄金纳米颗粒功能化，以催化磷酸化反应。几年后，中国科学院生物物理学研究所的院士Yan Xiyun团队发现，某些纳米颗粒自然显示出类似酶的活性（Nature Nanotech，2007，2，577-583）。这两种事情都引发了一个新领域的指数级增长，从那以后取得了很大的进步，包括美国，欧洲和亚洲的一些开创性的商业公司。纳米蛋白的另一个优点是定制的可能性。化学家有各种分子来改变纳米酶的特性，并超出经典的催化能力。纳米世界在表面积方面提供了独特的可能性，并允许多次功能化 - 应用于生物分析，诊断，治疗，感应，水处理等。纳米方领域中最有吸引力的方法之一是开发新的，即时的诊断技术，这可能符合世界卫生组织（WHO）最关键的吸引力。对于谁来说，床旁的设备应符合保证的标准经济可负担，敏感，特定，用户 - 友好，快速，没有设备和交付。纳米化合物可以为许多不同的测试技术提供这些特征，包括电化学，荧光，颜色 - 颜色和免疫分析。此外，它们确保小型化和长期稳定性。与最先进的技术相比，这两者是重要的改进。此外，纳米酶已经表现出良好的生物量兼容性，可以确保安全地整合到医疗应用中，包括生物成像和致病性测试。

此外，在治疗中发现了纳米酶，主要是因为它们催化消除活性氧和氮相关的活性氧和氮相关的癌症相关疾病和癌症相关疾病。在一些初步研究中，纳米酶显示了所有这些问题的保护特征，并促进了干细胞的生长，这对于组织工程和其他疗法有用。除生物医学外，纳米酶也已成为水处理和污染的有用解决方案，该解决方案符合联合国可持续发展目标6、14和15。它们都与清洁环境有关。该特殊应用的一个有趣的方面是螺旋蛋白酶的回收kaiyun全站app登录入口，这起源于它们的磁性。纯化污染介质后，很容易使用磁铁从溶液中提取纳米团以进行后续处理和重复使用。研究人员还设计了基于黄金，了，铂和汞纳米的逻辑门 - 所有这些都可以促进计算机的微型化。通过解决一些自然和人工酶的问题，并提供一些有希望的新功能，纳米酶很快将成为许多不同应用中的有吸引力的替代品。

纳米酶是一种结合自然和人工催化的力。它在稳定性，可回收和成本方面具有多个优势。与仅在特定温度和pH范围内起作用的天然酶不同，纳米酶可以承受恶劣的条件并允许持续，安全和稳定的存储。 -iupac

03气凝胶

凝胶

凝胶凝胶是一种源自凝胶的合成多态性材料。其中，凝胶的液体成分已被气体取代。凝胶结构尚未明显崩溃，形成具有极低密度和极低的热引导的固体。空气凝胶可以由多种化合物制成，例如二氧化硅凝胶感觉就像是脆弱的聚苯乙烯，一些基于聚合物的空气凝胶感觉像是一种硬气泡。

QIN凝胶是通过超临界干燥或冷冻干燥来提取凝胶液体组成的。由于毛细管引起的传统蒸发崩溃，因此液体可以缓慢干燥而不会引起凝胶中的固体基质。气体凝胶结构起源于唯一凝胶指向，即对其他单体的单个（简单分子）反应，形成由孤立或大分子组成的物质，这些物质由键合和交联的链接和交联，包括液体溶液的沉积物。当材料严格加热时，液体会蒸发，留下一个高分子框架进行粘结和交叉链接。聚集和关键加热的结果是产生具有多孔和强结构的材料，该材料被归类为气体凝胶。合成的变化可以改变气体凝胶的表面积和孔。孔径越小，打破气体凝胶就越容易。

Qi凝胶是已知的最轻的固体之一，但基于聚合物的气体凝胶具有高强度和撕裂性。另一个关键特征来自它们的低密度和孔隙率 - 它们是非常好的热绝缘材料，因此在航空航天技术中发现了许多有趣的应用。实际上，NASA依靠一个特殊的研究团队来研究此类材料，并将某些材料作为火星探测器和其他航空空间中的热隔热材料进行了测试。气体凝胶具有出色的热绝缘效果，其厚度仅是传统绝缘材料的一半。

这种空间技术导致了燃气凝胶的更实际应用也许并不奇怪。许多项目与IYBSSD和可持续发展目标的目标一致，包括高效催化剂，超级电容器，药物输送系统和水净化。后者以及环境修复中的其他应用已被广泛探索，并显示出巨大的前景。特别是，气体凝胶成功去除污染物，例如挥发性有机化合物（VOC）和水中的有毒物质。通过不同的过程，化学家自定义气体凝胶表面以改变其吸附能力并调整其选择性。最有吸引力的应用包括去除废水中的重金属离子，并有效地清洁和加工油漏油。此外，一些研究人员建议使用巨大的气体凝胶表面积来解决我们最具挑战性的环境问题之一 - 大气中高浓度的二氧化碳。在容量和工作温度方面，它们正在与其他多孔材料（例如Zizhi和金属有机骨架（MOF））竞争，因此为此，某些吸附气体凝胶已商业化。

此外，Qi凝胶表面的调节性会导致生物医​​学技术和感应中的突破性应用。这种组合更有趣。例如，气体凝胶的生物含量兼容性可能会导致植入设备的生理常数。生物识别技术和生物降解性引发了能源生产和存储的目的，并提供了比其他替代方案更环保的解决方案。凝胶凝胶由葡萄糖，纤维素，石墨烯和其他环保材料制成，可改善电池的性能，超级电容器甚至灵活的电子产品。但是，也许最有趣的应用再次来自气体的热特性。不同的研究证明了气体如何提高太阳能热发电厂的效率。能源收集平台集中在太阳的热量中，以产生蒸汽，移动涡轮机和发电。因此，气凝胶还为连续的能源危机提供了有趣的工具。

Qi凝胶是最轻的绝缘材料，为连续能量危机提供了有趣的工具。 --- IUPAC

04基于膜的荧光传感器

膜荧光传感器

荧光是化学和生物量感测的基本工具，主要是由于其灵敏度和选择性。由于其可调节的和谐和多功能特性，基于薄膜的荧光传感器已成为广泛使用的工具。在这些设备中，荧光分子固定在适当的表面上，形成对外部刺激响应的2D或3D膜。一个优点是便携性。基于膜的荧光传感器的大小小于1厘米，这使得分析工具很小。除了荧光传感器的少量外，基于膜的荧光传感器还具有有趣的功能，例如功率效率和易于操作。在过去的几年中，Shaanxi师范大学的院士Fang Yu团队开发了不同的基于膜的荧光传感器，以检测不同的物种，尤其是受污染的气体，例如氨，NOX和VOC。此外，这些薄膜还可以检测到包括mol在内的更复杂的化学物质。系统。 des。 Eng。，2016,1,1,242-257），例如杀虫剂，神经毒性剂和TNT。

最近，Shaanxi师范大学的院士团队研究人员设计了一种基于薄膜荧光传感器的“化学鼻子”来检测化学。 Commun。，2019,55，12679-12682）。这些结果表明，基于基于薄的荧光传感器的荧光传感器的巨大可能性，因为它们可以在不同污染物的检测，鉴定和定量中起关键作用。最近，研究人员证明了基于薄膜的荧光传感器的潜力，以检测疾病的潜力，尤其是基于食物的李斯特细菌。这是许多食物中毒病例背后的致命细菌（骨料2022，e203）。所有这些，再加上紫外线激光技术的最新进展，可能会导致污染检测设备和生物医学设备的微型化，并部署互连的监控网络（例如通过物联网）以及可穿戴电子产品和便携式传感器的应用。

基于膜的荧光传感器具有可调节的多功能替代解决方案，可用于微探测器。 -iupac

05纳米颗粒大型图书馆

巨型纳米颗粒库

巨型图书馆和一种称为基于ARES的拉曼光谱的筛选技术帮助研究人员确定了新的金铜催化剂。它可以用作由碳制成的单个纳米图的催化剂。美国研究人员说，他们开发了一种生产超过65,000个复杂纳米颗粒的方法。每种纳米颗粒最多包含六种不同的材料和八个片段，其界面可用于电气或光学应用。每个长度约为55纳米，约20纳米宽：相反，人头发约为100,000纳米。宾夕法尼亚州立大学团队负责人Raymond E Schaak说：“纳米 - 科学社区对制造业非常感兴趣，再加上几种不同的材料 - 造型，催化剂，磁性和电子材料。” “您可以考虑将不同的半导体连接在一起，以控​​制电子产品如何通过材料或以不同的方式排列材料以更改其光学元件，催化或磁性。棒球，然后使用其他金属的顺序在称为阳离子的过程中替换一些铜在此过程中，这些金属也可以在纳米棒中精确地放置。

多年来，大数据和高通量筛查促进了新化学品的发现。纳米颗粒巨头图书馆以某种方式将这些技术转换为物质世界。通过创建具有数百万个作品和不同结构的阵列，科学家设计了一种强大的工具来个性化特征和应用。

研究人员使用称为聚合物笔的纳米晶体沉积技术来构建这些巨大的库。将不同的金属盐溶解在聚合物的墨水中，然后使用数千个微型尖端仔细地将其沉积在表面上，并压力确定液滴的尺寸，从而确定颗粒的大小。之后，加热消除了聚合物并减少盐，因此金属纳米颗粒准备催化化学反应。它等同于制造数百万个微反应器，并在简单的显微镜载体玻璃上凝结（Science 2008，321（5896），1658）。

纳米颗粒巨头图书馆，高通量合成筛选到纳米世界。 -iupac

06纤维电池

纤维电池

如前所述，世界需要更好的电池来应对能源危机。使用当前技术来存储能源非常困难。实际上，根据美国能源信息管理局的估计，使用电池电量的家用电器将使您的电费增加到三倍，并占用大量空间。纤维电池提供了另一个有趣的解决方案，同时在可穿戴电子产品领域开设了可能性。

纤维电池的配置与传统替代方案完全不同，通常基于堆叠电极和组件 - 与意大利化学家Alexandro Walta的原始设计相似。取而代之的是，纤维电池几乎显示了一个维度的设计，并将绕线电线用作电极。该结构受聚合物涂料的保护，聚合物涂层也将电解质密封在电池中。同样，此设计的修改版本会产生一个超级电容器 - 一种可以快速提供电荷的储能解决方案，例如摄影闪光灯。总体而言，与其他解决方案相比，纤维电池具有一系列优势。它们灵活，坚固且安全。此外，可以将纤维编织到电池“织物”中，该电池适用于许多不同的形状和应用。一些研究表明，电池织物柔软且透气，因此非常适合应用可穿戴电子产品。它们似乎正在洗涤而不会失去任何能量密度。其他方法（例如热拉方法）可用于制造带有电活动凝胶的纤维电池，而电极则由柔性防水袋保护。该策略已达到140米长的纤维的连续生产，并显示出相似的排放能力。

最近，富丹大学的彭·惠山（Peng Huisheng）教授开发了一种新的方法，可以基于锂离子技术生产高性能编织纤维电池。这些设备的能量密度比第一纤维电池的原型好80倍。此外，在500个充电周期之后，它们仍然保留了90％的容量，这相当于大多数商用电池。在概念验证应用中，科学家研究了智能手机无线充电的可能性，以及集成的机织电池，纺织显示器和交互式夹克，以监视不同的车身常数。此过程也具有可扩展性，因为它经过优化，并且可以与标准工业设备（包括纺织工业的机械，例如编织机）一起使用。理想情况下，电池的成本可能小于每米0.05美元（相关报告:)。三星和华为等公司正在研究纤维电池的潜力，预计市场将与可穿戴设备和印刷电子产品等产品一起增长。

纤维电池是一种新型的储能，为可穿戴设备做准备。 -iupac

07液态太阳能燃料合成

生产液态太阳能

植物使用光合作用将二氧化碳和阳光转化为葡萄糖。同样，化学家也创建了“人造光合作用”来模拟此过程，产生富含能量的物质并将其用作燃料。通常，研究人员会发现基于碳的分子，例如酒精和低分子量碳氢化合物，以替代无处不在的油衍生物燃料，而污染较少。但是，有些分类还包括氢，氨和肼等燃料，只要其制造业中的主要能源使用是完全可再生的 - 太阳能和风能。像电池一样，太阳能燃料为间歇性能量提供了新的机会。这就是为什么一些专家将此策略称为“瓶可再生能源”的原因。

光催化也提供了巨大的机会。通过使用太阳激活和加速反应，化学家可以节省步骤并简化整个过程。许多人认为光催化是将太阳能转化为富含能量的产品（例如燃料）的理想方法。目前，世界各地的许多团体都在试图解决此过程中的问题。即使是经过数十亿年的发展，即使是工厂，也只能管理高达4％的能量转化效率。其中一些溶液来自将人工催化剂与天然结构（例如酶甚至细菌）配对。除其他优势外，这些耦合系统为获得有趣的商品化学物质（例如乙酸）提供了方法。其他团体梦想着晚上在晚上工作，并将催化剂连接到电容器和电池。他们在照明期间存储能量，并在夜间开始释放能量。 “持久性”的概念可以降低间歇性并改善过程的性能。

可爱的太阳能燃料，“可再生能源”和制造更环保化学品的制造策略。 -iupac

08纺织显示

纺织显示

屏幕无处不在。此外，据估计，我们80％的外部环境感知直接来自我们的眼睛，这使视觉成为最重要，最复杂的感觉。现在，随着高速通信和连接设备的出现（即物联网），研究人员开始探索纺织品显示领域。这些设备将改变我们的日常电子产品，以及我们与它们互动的方式，并促进新的可穿戴设备和智能面料的商业化。

传统上，可穿戴设备依赖于织物和纺织品表面上的薄膜显示器。纺织品显示的方法完全不同，实际上，它与上面提到的纤维电池非常相似。研究人员直接开发了可以发光的纤维，然后将它们交织在一起以形成柔性织物作为显示器。该策略解决了许多问题：首先，它增加了透气性，传统屏幕会阻碍它。其次，它使可穿戴设备更柔软，更靠近实际的衣服。第三，纤维是自由弯曲的。变形对发射的影响不像薄膜那样薄膜。屏幕。

研究人员研究了许多不同的材料来制作纺织品监视器。例如，有机光发射二极管（OLED） - 通常将平面夹层结构 - 已转化为同轴纤维。或者，聚合物排放二极管（PLED）提高了柔韧性。所使用的聚合物具有电气发光特性，并支持流行的生产过程。由于某些OLED和PLED与PLED结合使用，因此似乎已经定义了这些发光设备的新命名方法：光纤LED（FLED）。彭·惠山（Peng Huisheng）教授的富丹大学（Fudan University）团队使用光发射电池来分散带有电解质或粉末状验光材料（通常是硫化物盐）的阴极和阳极材料。前者意识到新颖性，例如颜色可调节性，尽管后者很低，但从生产的角度来看，它具有优势，因为它允许使用传统的织造工艺来实现大米 - 长纤维和高效果显示（）。

纺织显示器，用于柔性屏幕的基于纤维的发光二极管。 -iupac

09 SNA理性疫苗

合理的球形核酸疫苗

Covid-19的受欢迎程度强调了疫苗的重要性。实际上开yun体育app官网网页登录入口，IUPAC“前十”计划反复承认该领域的新兴技术和成熟技术的价值，例如mRNA疫苗和核酸的可扩展合成。现在，在此版本中，我们的专家选择了疫苗中的另一个有趣的创新：球形核酸，通常称为SNA。它最初是在1996年开发的。这些结构恒星链与不同类型的纳米结构有关。第一个是黄金纳米颗粒，但其他材料-Silicon二氧化物，聚合物，蛋白质，角质，MOF及以下，可提供强大的多功能。

SNA的化学和生物学特征与线性核酸不同，即使它们具有相同的核苷酸序列。三维布置促进了进入细胞的速度，这种细胞发生得更快。此外，此类组织将产生单个组件缺乏属性。实际上，初步研究表明，以前在临床试验中失败的治疗性抗原和药物可能会表明，当纳入纳米SNA治疗中时，活动的增加。

事实证明，SNA疫苗可以有效预防感染性病原体，例如SARS-COV-2，这会导致19冠状动脉病毒。当致命剂量受到致命剂量攻击时，先前已经接种疫苗的小鼠幸存下来，这证明了保护SNA产生良好免疫反应的潜力。值得注意的是，这种特殊的设计不需要刺蛋白的整个结构才能起作用。覆盖有DNA的脂质体包裹了受体结合结构域的小抗原，从而简化了这种疫苗的合成和适应性。此外，SNA制剂在室温下保持稳定，这有助于在偏远地区获取疫苗并实现可持续发展目标。

弹药酸还显示了癌症免疫疗法的前景，特别是黑色素瘤，卵巢癌和前列腺癌。在一项研究中，SNA疫苗成功消除了30％的小鼠肿瘤，这促进了临床试验向人体的过渡。实际上，目前有六种人类临床试验与SNA相关的产品用于免疫疗法和遗传调节。生物技术公司Exicure寻求SNA治疗的批准和商业化，并开始与Allergan，Dermelix和Ipsen合作开发不同的药物。 SNA绝对是一种新兴技术，它可能会改变我们未来处理疾病的方式。

一种合理的疫苗，球形核酸重制和SNA的重组疫苗技术。 -iupac

10VR-Enable交互式建模

VR平台交互式建模

在元音乐节的那一年，IUPAC的“前十”参与了虚拟现实（VR）。通过虚拟空间，研究人员探索了交互式合作，以增强计算化学和分子动力学的可能性。由于与分子的创新相互作用，研究人员加强了他们的特殊推理，并提高了对量子化学的理解。

支持VR的平台没有通过键盘和摩托车与计算机进行交互，而是允许研究人员进入一个充满巨大分子的富有想象力的房间，并通过手中的同步无线控制器“触摸”它们。一旦进入那里，他们将戳原子，移动它们，引入修改和功能组 - 同时，通过外部计算机实时模拟虚拟分子并实时渲染。由于分子之间的相互作用本质上是三维的，因此在这些虚拟空间中工作可以提高我们对化学反应的理解。这种身临其境的体验广泛用于其他环境，例如手术室和动画工作室，可以加速结果并减少错误。使用VR时，化学家完成了分子建模任务的速度，比使用传统界面快十倍。

这种策略远非幻想，但已经提供了现实生活的结果。例如，VR设置可帮助研究人员有效地产生蛋白质配体对接姿势，并使用专家和非专家来探索不同的位置可能性。该模型致力于设计不同的抗病毒药物，包括对用户的“即时”实施的修改，因为他们已经确定可以更好地结合蛋白质激活位点的原子和官能团。此外，研究人员使用类似的策略来设计SARS-COV-2的主要靶标之一的抑制剂开元棋官方正版下载，SARS-COV-2是一种称为MPRO的蛋白酶。所有这些研究都在开源框架Narupa下进行，该开源框架与市场上的大多数VR设备一起运行。这些研究的另一个好处来自演示期间的全面数据收集。经过适当的处理后，此信息将指导机器学习算法和神经网络，这些算法和神经网络比其他方法更准确地预测分子的特征。

VR建模还与SDG 4和IUPAC的核心价值相一致，为化学教育创造了新的可能性。使用这些VR增强工具，尤其是称为Manta的过程时，学生的反馈比传统技术更为活跃。由于对原子和分子的直接观察，学生对宏观和微观现象的理解似乎也一样。此外，数字工具为长期教育提供了可能性，以便老师可以在几乎任何地方与任何人分享他们的课程，只要他们具有互联网连接并可以访问VR集。

支持VR交互式建模，计算元宇宙中的化学连接。 -iupac