In vivo fluorescence imaging in the near-infrared region between 1500-1700 nm (NIR-IIb window) affords high spatial resolution, deep-tissue penetration, and diminished auto-fluorescence due to the suppressed scattering of long-wavelength photons and large fluorophore Stokes shifts. However, very few NIR-IIb fluorescent probes exist currently. Here, we report the synthesis of a down-conversion luminescent rare-earth nanocrystal with cerium doping (Er/Ce co-doped NaYbF4 nanocrystal core with an inert NaYF4 shell). Ce doping is found to suppress the up-conversion pathway while boosting down-conversion by ~9-fold to produce bright 1550 nm luminescence under 980 nm excitation. Optimization of the inert shell coating surrounding the core and hydrophilic surface functionalization minimize the luminescence quenching effect by water. The resulting biocompatible, bright 1550 nm emitting nanoparticles enable fast in vivo imaging of blood vasculature in the mouse brain and hindlimb in the NIR-IIb window with short exposure time of 20 ms for rare-earth based probes.Fluorescence imaging in the near-infrared window between 1500-1700 nm (NIR-IIb window) offers superior spatial resolution and tissue penetration depth, but few NIR-IIb probes exist. Here, the authors synthesize rare earth down-converting nanocrystals as promising fluorescent probes for in vivo imaging in this spectral region.

Significance In vivo fluorescence imaging in near IR-IIb window (1,500–1,700 nm) can provide high spatial and temporal resolution and deep tissue penetration for fundamental research and potential translations. Herein, a bright fluorescent probe emitting at ∼1,600 nm based on lead sulfide (PbS)/CdS quantum dots was developed. The CdS shell helped to chemically passivate and retain the high fluorescence of the PbS core after phase transfer to aqueous solutions for biocompatibility. The 1,600-nm emitting probe allowed noninvasive, millimeter-deep fluorescence imaging at high speeds up to 60 frames per second with micrometer-scale spatial resolution in 2D wide-field and 3D confocal modes. The probes were nontoxic and largely excreted over 1 month, providing a tool for in vivo research of preclinical animal models.

Abstract Herein, a ternary nanocomposite with TiO 2 nanoparticles anchored on reduced graphene oxide (rGO)-encapsulated Fe 3 O 4 spheres (Fe 3 O 4 @rGO@TiO 2 ) is presented as a high efficient heterogeneous catalyst for photo-Fenton degradation of recalcitrant pollutants under neutral pH. Fe 3 O 4 @rGO@TiO 2 was synthesized by depositing TiO 2 nanoparticles on the surface of the Fe 3 O 4 spheres wrapped by graphene oxide (GO) which was obtained by an electrostatic layer-by-layer method. This as-prepared catalyst reflected good ferromagnetism and superior stability which makes it convenient to be separated and recycled. Due to the synergic effects between the different components composed the catalyst, swift reduction of Fe 3+ can be achieved to regenerate Fe 2+ . Fe 3 O 4 @rGO@TiO 2 exhibited enhancing catalytic activity for the degradation of azo-dyes compared with Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 @SiO 2 @TiO 2 or SiO 2 @rGO@TiO 2 , further conforming the rapid redox reaction between Fe 2+ and Fe 3+ . All these merits indicate that the composite catalyst possesses great potential for visible-light driven destruction of organic compounds.

Light-driven micromotors with multiple motion modes offer significantly greater application potential than single-mode micromotors. However, achieving such versatility often requires complex structural designs and precise light focusing on specific micromotor...

A chiral phosphoric acid-catalyzed highly enantioselective formal C–H insertion reaction of N–H free indole and pyrrole with sulfoxonium ylides has been developed (up to 95% yield and 97% ee).

Thermal conductivity and electrical resistivity at ultralow temperatures and high magnetic fields are studied in the topological compensated semimetals TaAs2, NbAs2, and NdSb. A striking phenomenon is observed where the thermal conductivity shows a T4 scaling at very low temperatures, while the resistivity shows a T-independent residual term. This indicates a strong violation of the Wiedemann–Franz (WF) law, since the field dependence of κ shows that the low-temperature thermal conductivity is dominated by electronic transport. The obtained Lorenz ratio is hundreds of times lower than Sommerfeld's value even when approaching the zero-temperature limit. The strong downward deviation of the WF law at very low temperatures point to a non-Fermi liquid state in these materials. In addition, the giant thermal quantum oscillations accompanied by antiphase characteristics have been observed. Our findings not only point to a possible non-Fermi liquid ground state of these topological compensated semimetals, but also reveal an unusual T4 temperature dependence for the electronic thermal conductivity. This work reveals an unusual T4 temperature dependence of the electronic thermal conductivity at ultralow temperatures and a strong violation of the Wiedemann-Franz law in the topological compensated semimetals TaAs2, NbAs2, and NdSb.

Engineered bacteria have demonstrated great potential for treating a broad array of tumors. However, the precision and safety of controlling the performance of engineered bacteria in vivo remains a central challenge. Here, we utilized genetic circuit programming strategy to construct an engineered Escherichia coli Nissle 1917 with accurate targeted colonizing and on-demand payloads releasing ability. The engineered probiotic survives only in the presence of more than 5 mM L-lactate by employing an improved lactate-sensing system, which leads to preventing the growth outside the permissive environments in mice. Meanwhile we introduce an expressing alpha-hemolysin (SAH) circuit based on quorum-sensing system to augment anti-tumor effect. Furthermore, coagulase induced by high-level lactate creates the closure to deprive tumor of nutrients and oxygen and prevents leakage of bacteria and SAH, which enhances the therapeutic effectiveness and biosafety. This self-adjusting living biotherapeutics significantly inhibits tumor proliferation and prolongs the survival time of colorectal tumor-bearing mice. Together, our work takes a step towards safer and more effective application of living bacteria for tumor treatment in practice.