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高空間分辨率的納米狹縫表面增強拉曼用於識別單分子鹼基
固態納米孔道為DNA單分子分析提供了一個可擴展的平臺。在DNA鏈中直接、實時地識別核苷鹼基，仍然受到現有離子傳感檢測策略靈敏度和空間分辨率的限制。來自比利時魯汶大學的Chang Chen領導的研究團隊，在本文提出了一種基於光譜的檢測策略，前景廣泛。他們利用互補金屬氧化物半導體加工工藝，製備了等離子體納米狹縫結構，從而利用局部單分子表面增強拉曼技術（SERS），可實現單分子核苷鹼基以及DNA鏈中核苷鹼基的識別。
該研究結果驗證了等離子體納米狹縫具有單分子的靈敏度以及亞納米級的空間分辨率。該論文近期發表於Nature Communications9: 1733(2018); doi:10.1038/s41467-018-04118-7。
表面合成：反Stone–Thrower–Wales拓撲結構的巴基碗
巴基碗（buckybowls）作為彎曲的π共軛多環芳烴，是廣泛應用於材料科學當中的一類重要材料。在巴基碗中進行雜原子摻雜是調節其內在物理化學性質的可靠途徑。然而，合成含有雜原子摻雜的巴基碗是一項具有挑戰性的任務。來自波蘭科學院的Daniel T. Gryko與瑞士聯邦材料科學和技術實驗室的Roman Fasel領導的研究團隊報道了一種結合溶液合成和表面合成的合成策略，該策略可用於製備一種含有兩個氮摻雜的五邊形巴基碗。他們利用超高分辨率掃描隧道顯微鏡和光譜成像，結合密度泛函理論計算表徵了合成的最終產物。
該研究通過控制設計非交替雜原子摻雜的多環芳烴骨架和已建立的自下而上的製備技術，將為以石墨烯器件加工為導向的碳納米結構的合成開闢新的途徑。該論文近期發表於Nature Communications9: 1714(2018); doi:10.1038/s41467-018-04144-5。
原位磁共振成像：檢測可充電鋰電池狀態和缺陷
可充電電池何時會損失容量或性能下降？這又是由什麼造成的呢？這兩個問題很難回答，但卻是家用電子產品、電動汽車以及儲電領域發展的核心所在。解決這兩個問題的困難在於在不破壞電池的條件下，我們只能獲取電池的有限信息，因此發展無創方法在推進鋰離子電池技術方面作用顯著。來自美國紐約大學的Alexej Jerschow領導的研究團隊，通過測量電池內微小的磁場變化來評估鋰摻入電極材料的水平，並診斷出電池組裝過程中產生的缺陷。
該方法測量速度快，還可用於與商業設計要求兼容電池的無創檢測。未來，這種無創方法將有希望應用於新電池材料的開發與設計。該論文近期發表於Nature Communications9:1776(2018); doi:10.1038/s41467-018-04192-x。
機器學習指導高溫下鐵電鈣鈦礦的實驗探究
由於化學空間巨大，缺乏預測準則，對高溫下鐵電鈣鈦礦的實驗研究仍是一個巨大挑戰。來自美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)和凱斯西保留地大學凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的研究團隊，提出利用兩步機器學習法來指導實驗，以尋找具有高鐵電居里溫度的鈣鈦礦。該方法利用分類學習篩選鈣鈦礦結構中的成分，並採用迴歸耦合主動學習識別潛在的鈣鈦礦用於合成和反饋。
此項研究工作的挑戰在於搜索空間巨大，空間裡大約含有61500個合成物，而其中只有167個合成物得到了實驗研究。此外，並不是每一個合成物都可以被合成鈣鈦礦形式。作者通過預測x,y, Me′以及Me″，由此產生的合成物在鈣鈦礦結構中具有較高的居里溫度和形態，並將實驗結果通過一個主動學習循環用於迭代優化機器學習模型。作者使用該方法在10個合成物中發現了6個鈣鈦礦，其中包含三個以前未被探索的具有898K的最高居里溫度的鈣鈦礦。該論文近期發表於Nature Communications9:1668(2018); doi: 10.1038/s41467-018-03821-9。
熒光膜用於非接觸式鑑定和區分非法藥物
近年來，通過非接觸模式進行快速靈敏檢測非法藥物仍然存在重要挑戰。來自陝西師範大學的Yu Fang帶領的研究團隊，報道了一種基於三層膜的熒光傳感器，該傳感器可實現對冰毒、搖頭丸、麻古、咖啡因、氯胺酮、苯巴比妥六種被廣泛濫用的非法藥物在氣相狀態下的檢測，並具有靈敏度高、選擇性好和響應速度快的優勢。將這些藥物在空氣中分別稀釋5.0×10^5, 4.0×10^5, 2.0×10^5, 1.0×10^5, 4.0×10^4 和 2.0×10^2倍後，該傳感器仍可以成功實現對這些藥物的微量檢測。
此外，有氣味的物品（化妝品、水果和髒衣服等）、水以及含氨基的有機化合物（典型的有機胺、合法的藥物和各種氨基酸）對檢測基本沒有干擾。通過將該傳感器陣列化，可以對不同非法藥物進行鑑定和區分。最終通過構建雙傳感器的檢測器，可以實現對非法藥物進行非接觸檢測。該論文近期發表於Nature Communications9:1695(2018)doi: 10.1038/s41467-018-04119-6。
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