周日早报 | 全球化工50强出炉; 眼泪用来诊断疾病; 泛冠状病毒药物研究进展; 扔掉牙刷指日可待
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关于"周日早报“
“周日早报”的内容选自ACS出版的全部70多种期刊和C&EN(《化学与工程新闻》杂志)，每次5篇推荐文章。从这些文章中您会一窥科研将会如何影响以致改变我们的生活和生活方式。
#1
利用眼泪诊断疾病
ACS Nano
文章原题：
"Antibody−Invertase Fusion Protein Enables Quantitative Detection of SARS-CoV‑2 Antibodies Using Widely Available Glucometers"
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02531
#2
通往“奥兹王国"的聚合物分子密匙
ACS Central Science
许多个人和企业都担心敏感数据被盗，这为数字秘钥加密文件的日益普及奠定了基础。在ACS Central Science发表的一篇最新研究论文中，研究人员基于具有确定序列的聚合物开发了一种耐用的分子加密秘钥。这些聚合物是按序列的方式进行构建和解构的。他们将分子秘钥隐藏在一封信的墨迹中，随后将信寄出。该分子秘钥被用来解密了一份含《绿野仙踪》文本内容的文件。
安全数据分享依赖于加密算法。这些算法的特点是，对信息进行杂乱排列，仅在使用正确代码或数字加密秘钥时显示这些信息。为了实现加密秘钥的可靠存储和传输，研究人员开发了包含DNA链和聚合物在内的多种分子加密法。目前，与聚合物相比，核酸可以存储更多信息。聚合物的难度在于，当其长度过长时，通过每一个额外单体存储更多数据的效率会下降，而通过分析仪器读取其所隐藏的信息则变得极为困难。最近，Eric Anslyn和同事开发了一种聚合物序列式解构方法，可通过液相色谱法-质谱测定法（LC/MS）轻松确定其结构。为探究该方法能否用于解读复杂分子加密秘钥，Anslyn、James Ruether等人准备在一种隐藏在墨水中的含特殊聚合物的混合物上测试该方法。
首先，研究人员生成了一个256个字符长的二进制密钥，该密钥在引入算法后可对文本文件进行加密和解密。 接下来，他们将密钥编码到了聚合物序列中，即八个长度为10个单体的氨基甲酸酯低聚物。结果显示，仅中间的八个单体持有秘钥，两端的单体则分别作为用于合成和解码的占位符。解码占位符是每个序列中一个经同位素标记为“指纹”（fingerprint）的特殊单体，这表明，每个聚合物的编码信息符合最终数字密钥的顺序。随后，研究人员将这八个聚合物进行混合，并利用一种序列解聚合法和LC/MS确定了其原始结构和数字秘钥。最后，其中一组研究人员将聚合物与异丙醇、甘油和烟灰混合制成一种墨水。他们用这种墨水写了一封信，然后寄给了不知道编码信息的其他同事。其他研究人员从信纸中提取了墨水，并以相同的序列分析方法成功重建了该二进制密钥。随后，他们将该加密秘钥输入到算法中，随即发现了一个《绿野仙踪》的纯文本文件。研究结果表明，通过确定序列的聚合物混合物进行分子信息加密可有效应用于实际场景，例如在信件和塑料物体中隐藏保密信息。
作者感谢美国陆军研究办公室、霍华德休斯医学研究所、凯克基金会和韦尔奇试剂研究所（Welch Reagents Chair）提供的研究资金。
文章原题：
"Molecular Encryption and Steganography Using Mixtures of Simultaneously Sequenced, Sequence-Defined Oligourethanes"
https://doi.org/10.1021/acscentsci.2c00460
#3
加速研究下一种新冠肺炎抗病毒药物
ACS Infectious Diseases
为了遏制新冠疫情并防止其他冠状病毒的肆虐，各国需要采取各种手段来预防和治疗此类传染病。为开发新药物，研究人员聚焦于一种被称为nsp13的蛋白上。nsp13是此类病毒需要复制的蛋白。在 ACS Infectious Diseases 发表的一篇研究论文中，某研究团队以nsp13蛋白干预分子为对象，提出了一种新的分子识别法，从而加速了泛冠状病毒抗病毒药物的开发。
疫苗能够激活免疫系统抵御病毒，而抗病毒药物则能干预病毒的必要组成部分并对已经发生的感染进行治疗。目前，新冠患者可选择瑞德西韦（remdesivir）、莫努匹韦（molnupiravir）和奈玛特韦（nirmatrelvir）等抗病毒药物；然而，卫生部门还希望通过其他方法来实现不同的感染防治方式。研究人员在SARS-CoV-2和其他冠状病毒中找到了一个具有前景的新靶点——nsp13蛋白。nsp13蛋白是一种同其他病毒蛋白一同发挥作用的酶，可通过对自身双链病毒RNA进行解旋来帮助复制病毒遗传密码。在此过程中，nsp13会破坏磷酸基之间的键，包括储能分子腺苷三磷酸（ATP）中的磷酸基。此外，nsp13还参与病毒RNA加帽，保护其不受人体免疫系统的伤害。为加速寻找能够抑制nsp13的药物，Masoud Vedadi和同事开发了一种全新的分子筛查法，通过对大量分子的筛查，识别那些最具活性的分子。
当单链核酸存在时，nsp13的能量释放活性会不断增加。因此，该团队的试验设计思路是，在单链DNA存在和缺失的情况下测试这种活性。在这两种情况下，当ATP分解的数量变少，测试时的发光强度均会增强。当nsp13受到干扰时，ATP便会发生分解。他们利用这些测试方法对5000个小分子进行了筛选，最终找到17个潜力突出的分子。研究人员表示，通过开展第二项测试等后续工作，进一步将筛选范围缩小到六种化合物。这些化合物将为未来更具活性的nsp13抑制剂的开发奠定基础。他们表示，这些新测试方法还可有效筛查大量小分子，从而寻找具有nsp13抑制活性的分子，或者用来确认通过其他方法获得的研究结果。
作者感谢多伦多大学（多伦多新冠行动倡议-2020）的资助以及结构基因组学联盟多伦多大学网站提供的支持。
文章原题：
"Kinetic Characterization of SARS-CoV-2 nsp13 ATPase Activity and Discovery of Small-Molecule Inhibitors"
https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.2c00165
#4
为美白牙齿、减少蛀牙，请扔掉牙刷
ACS Applied Materials & Interfaces
在社交活动中，你的笑容首先会引起别人的注意。人们都希望拥有一口健康洁白的牙齿，这能使微笑时更加自信。然而，牙膏只能去除表面牙渍，而牙齿美白剂又会伤害牙釉质，导致蛀牙和牙齿变色。在 ACS Applied Materials & Interfaces 发表的一篇最新研究论文中，作者报告了一种新型水凝胶美白剂，其不仅可以去除形成蛀牙的生物膜，还可以对牙齿进行无损美白。
美国牙科协会指出，日常刷牙和牙线护理能有效防止蛀牙。然而，此类方法无法有效美白牙齿。为了更好地美白牙齿，消费者往往会寻求非处方或专业制剂的帮助。这些制剂可将含双氧水的凝胶与蓝光进行结合，产生一种去除牙渍的化学反应。虽然该方法可解决大多数牙齿变色问题，但也会生成有损牙釉质的活性氧类物质。此前，南昌大学的 Xiaolei Wang、Lan Liao和同事基于二氧化钛纳米颗粒开发了一种破坏性更小的牙齿美白剂。然而，这种方法仍需要高强度蓝光，有可能对周边皮肤和眼睛造成损伤。因此，该研究团队希望寻找一种由绿光激活的材料，一种更安全的替代品，同时实现美白和防蛀效果。
研究人员首先将氯氧化铋纳米颗粒、氧化铜纳米颗粒和海藻酸钠制成一种厚混合物，然后将该混合物均匀地敷在固定在载片上的牙齿表面，并喷洒含氯化钙溶液的调制品，形成牢固的水凝胶层。接下来，研究团队在实验盘中，在粘有咖啡渍、茶渍、蓝莓果酱和酱油的牙齿上测试了这种材料。通过水凝胶和绿光结合处理后，这些牙齿开始逐渐变亮，牙釉质也未受到损伤。该团队开展的另一组实验显示，这种美白剂对生物膜的杀菌率为94%。为证明这种制剂对体内牙齿的有效性，该团队利用这种新方法对口内接种蛀牙形成细菌的小鼠进行了试验。结果显示，这种由绿光激活的水凝胶能有效防止动物牙齿表面形成中重度蛀牙。研究人员表示，他们的美白剂安全且无需借助牙刷，能有效防止蛀牙并美白牙齿。
作者感谢中国国家自然科学基金会、江西省杰出青年基金项目、江西省重大研发项目、江西省自然科学基金和江西省研究生创新专项资金项目提供的资金。
文章原题：
"Fast Cross-Linked Hydrogel as a Green Light-Activated Photocatalyst for Localized Biofilm Disruption and Brush-Free Tooth Whitening"
https://doi.org/10.1021/acsami.2c00887
#5
C&EN发布2022全球化工50强企业榜单
C&EN
“C&EN’s Global Top 50 chemical firms for 2022”
Volume 100, Issue 26
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