炸裂！芝加哥大学，一日3篇Science！

引言

在当今科学研究的快速发展中，芝加哥大学再次展现了其在前沿领域的创新能力，近日连续发表了三篇论文于《Science》杂志，涉及水凝胶与半导体结合、胶体量子点的合成以及肠道微生物群中的遗传元件。这些研究不仅突破了各自领域的技术瓶颈，还为未来的生物医学、光电材料及微生物生态学的深入研究提供了重要的理论基础和实践路径。

第一篇论文聚焦于将不溶于水的聚合物半导体有效整合进双网络水凝胶中，展示了其优异的生物相容性和电学性能，为生物电子设备的发展奠定了基础。

第二篇研究则提出了一种新的高温熔盐合成方法，成功制备出发光的胶体砷化镓量子点，开辟了III-V族半导体纳米晶的全新应用领域。

第三篇论文则探讨了肠道微生物群中移动遗传元件的作用，揭示了其在细菌竞争和生存策略中的重要性，进一步阐明了微生物相互作用的复杂性。

这些成果不仅体现了芝加哥大学在科学研究中的卓越表现，也为相关领域的研究人员提供了新的视角和灵感，推动科学界对新材料及生物系统的理解与探索。

水凝胶是因其与生物组织的机械和化学相似性而被广泛应用于生物医学等领域。与传统的聚合物材料相比，水凝胶具有优异的生物相容性、柔软性和良好的水分保持能力，适合用于各种生物应用。然而，水凝胶在引入半导体功能方面面临挑战，因为大多数聚合物半导体在水中不溶，这限制了它们与水凝胶的结合，导致难以实现所需的电学性能和生物互动功能。

近日，来自芝加哥大学王思泓课题组在聚合物半导体与水凝胶结合的研究中取得了新进展。该团队设计了一种溶剂亲和力诱导组装方法，将不溶于水的聚合物半导体整合到双网络水凝胶中。这一创新方法使得半导体能够在水凝胶中有效地分散，形成了具有与生物组织相近模量的复合材料，其软度可达81千帕，并具有150%的拉伸能力及高达1.4平方厘米每伏每秒的载流子迁移率。

利用这种新型半导体水凝胶复合材料，研究团队显著提高了生物界面的响应性和亲和性。在与生物组织接触时，这种复合材料的组织级模量能够有效减轻免疫反应，同时其高孔隙率增强了半导体与生物流体界面之间的分子互动，促进了更高效的光调节和灵敏度的体积生物传感。这项研究成功展示了将半导体功能与水凝胶设计相结合的潜力，为未来在生物电子设备和智能材料方面的应用提供了新的技术路径和理论基础。该工作以题为“Soft hydrogel semiconductors with augmented biointeractive functions”的论文发表在最新一期《Science》上。

胶体量子点是新兴的光电材料，因其可调节的尺寸和优异的光电特性，成为了研究热点。然而，目前在合成重要的III-V族半导体，特别是胶体砷化镓（GaAs）方面，依然存在许多挑战。这些半导体的传统合成方法往往受限于低温和复杂的反应条件，导致难以实现高质量的量子点。因此，寻找一种新的合成方法以克服这些限制变得尤为重要。

有鉴于此，芝加哥大学Dmitri Talapin教授团队提出了一种高温熔盐胶体合成的新方法，利用熔盐的氧化还原化学以及表面活性剂添加剂来控制纳米晶的形状。在熔融无机盐中，研究团队能够直接成核和生长胶体量子点，显著提高了合成温度至425°C以上。这一创新方法使得研究人员成功制备出发光的GaAs量子点，并展示了近12种以前未报道的III-V固溶体纳米晶复合物，开辟了新的材料研究和应用领域。该研究以“Reductive pathways in molten inorganic salts enable colloidal synthesis of III-V semiconductor nanocrystals”为题，发表在《Science》杂志上。

拟杆菌属是肠道微生物群中的一个重要细菌纲，因其在维持宿主健康和代谢功能中的关键作用而成为研究热点。然而，这些细菌在相互作用中面临着强烈的竞争和拮抗挑战，尤其是在通过共轭DNA转移和第六型分泌系统（T6SS）等机制进行的相互作用中。这些机制不仅影响物种之间的生存竞争，还影响肠道微生物的群落结构和功能。

鉴于此，芝加哥大学Laurie E. Comstock教授团队进行了多项研究，探讨拟杆菌属中的移动遗传元件（MGEs）及其对微生物适应度的影响。例如，Sheahan等人通过转录组分析发现，特定的整合性共轭元素（ICE）能够抑制拟杆菌属的原生T6SS功能，进而影响其竞争策略。尽管这种抑制会失活原有的T6SS，但ICE的获得反而提高了该菌株的适应度，使其具备新的T6SS，增强了其在共同防御中的能力。

这些发现表明，肠道微生物之间复杂的相互作用和基因转移机制不仅调节了不同物种的丰度，还可能在生态系统内产生深远的影响。因此，深入理解这些机制及其生物学意义，对揭示肠道微生物群的动态变化及其与宿主健康的关系具有重要意义。该研究以“A ubiquitous mobile genetic element changes the antagonistic weaponry of a human gut symbiont”为题，发表在《Science》杂志上。

总结展望

芝加哥大学近期在《Science》杂志上发表了三篇重要论文，展现了该校在材料科学和微生物学领域的研究实力。这些研究不仅推动了水凝胶与半导体功能的结合，为生物电子设备提供了新的技术路径；还深入探讨了肠道微生物的基因转移机制，揭示了微生物群落与宿主健康之间的复杂关系。这些突破性成果不仅丰富了科学界对相关领域的理解，也为未来的研究和应用奠定了坚实基础，彰显了芝加哥大学在全球科学研究中的引领地位。

文献信息

Yahao Dai et al., Soft hydrogel semiconductors with augmented biointeractive functions.Science386,431-439(2024).DOI: 10.1126/science.adp9314https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp9314

Justin C. Ondry et al. ,Reductive pathways in molten inorganic salts enable colloidal synthesis of III-V semiconductor nanocrystals.Science386,401-407(2024).DOI:10.1126/science.ado7088

Madeline L. Sheahan et al. ,A ubiquitous mobile genetic element changes the antagonistic weaponry of a human gut symbiont.Science386,414-420(2024).

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