A designed hierarchical structure was made by self-assembly of nano-fibrils of mineralized collagen resembling extracellular matrix. The collagen fibrils were formed by self-assembly of collagen triple helices. Hydroxyapatite (HA) crystals grew on the surface of these fibrils in such a way that their c-axes were oriented along the longitudinal axes of the fibrils. The mineralized collagen fibrils aligned parallel to each other to form mineralized collagen fibers. For the first time, the new hierarchical self-assembly structure of collagen−hydroxyapatite composite was verified by conventional and high-resolution transmission electron microscopy.

Electrospinning of collagen and chitosan blend solutions in a 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol/trifluoroacetic acid (v/v, 90/10) mixture was investigated for the fabrication of a biocompatible and biomimetic nanostructure scaffold in tissue engineering. The morphology of the electrospun collagen-chitosan nanofibers was observed by scanning electron microscopy (SEM) and stabilized by glutaraldehyde (GTA) vapor via crosslinking. Fourier transform infrared spectra analysis showed that the collagen-chitosan nanofibers do not change significantly, except for enhanced stability after crosslinking by GTA vapor. X-ray diffraction analysis implied that both collagen and chitosan molecular chains could not be crystallized in the course of electrospinning and crosslinking, and gave an amorphous structure in the nanofibers. The thermal behavior and mechanical properties of electrospun collagen-chitosan fibers were also studied by differential scanning calorimetry and tensile testing, respectively. To assay the biocompatibility of electrospun fibers, cellular behavior on the nanofibrous scaffolds was also investigated by SEM and methylthiazol tetrazolium testing. The results show that both endothelial cells and smooth muscle cells proliferate well on or within the nanofiber. The results indicate that a collagen-chitosan nanofiber matrix may be a better candidate for tissue engineering in biomedical applications such as scaffolds.

Highly dispersed copper nanoparticles supported on silica were successfully prepared by a simple and convenient precipitation−gel technique, and their physicochemical properties and activity were compared to those of a catalyst prepared by the conventional impregnation method. As a consequence of the preparation method, the texture (BET), dispersion (dissociative N2O adsorption), morphology (TEM), reduction behavior (TPR, XRD), state of copper species (XPS), and catalytic performance (glycerol hydrogenolysis) differ between samples. Both samples showed high selectivity (>98%) toward 1,2-propanediol in glycerol reaction. Because of a much smaller particle size, a higher dispersion of copper species with a strong metal−support interaction, and more resistance to sintering, the CuO/SiO2 catalyst prepared by precipitation–gel method presented a much higher activity and remarkably better long-term stability in glycerol reaction than did the catalyst prepared by impregnation method. The catalytic behavior of calcined and reduced samples and the structure changes of these samples after reaction allow the understanding of the stability toward sintering as well as the possible mechanism of the reaction.

Freeze tolerance, the ability of an organism to survive internal ice formation, is a striking survival strategy employed by some ectotherms living in cold environments. However, the genetic bases of this remarkable adaptation are largely unknown. The Amur sleeper (Perccottus glenii), the only known freeze-tolerant fish species, can overwinter with its entire body frozen in ice. Here, we sequenced the chromosome-level genome of the Amur sleeper and performed comparative genomic, transcriptomic, and metabolomic analyses to investigate its strategies for surviving freezing. Evolutionary analysis suggested that the Amur sleeper diverged from its closest non-cold-hardy relative about 15.07 million years ago and has experienced a high rate of protein evolution. Transcriptomic and metabolomic data identified a coordinated and tissue-specific regulation of genes and metabolites involved in hypometabolism, cellular stress response, and cryoprotectant accumulation involved in freezing and thawing. Several genes show evidence of accelerated protein sequence evolution or family size expansion were found as adaptive responses to freezing-induced stresses. Specifically, genetic changes associated with cytoskeleton stability, cryoprotectant synthesis, transmembrane transport, and neuroprotective adaptations were identified as potentially key innovations that aid in freezing survival. Our work provides valuable resources and opportunities to unveil the molecular adaptations supporting freeze tolerance in ectothermic vertebrates.

Abstract Freeze tolerance is an amazing overwintering strategy that enables ectotherms to occupy new niches and survive in cold climates. However, the genetic basis underpinning this ecologically relevant adaptation is largely unknown. Amur sleeper is the only known freeze-tolerant fish species that can overwinter with its entire body frozen in ice. Here, we sequenced the chromosome-level genome of the Amur sleeper and performed comparative genomic, transcriptomic, and metabolomic analyses to investigate this remarkable adaptation. Phylogenetic analyses showed that the Amur sleeper diverged from its close relative with no cold hardiness about 15.07 million years ago and revealed two unusual population expansions during the glacial epochs. Integrative omics data identified a synchronous regulation of genes and metabolites involved in hypometabolism and cellular stress response, and several related genes showed strong evidence of accelerated evolution and positive selection. Potential evolutionary innovations that might aid in freezing survival were found to be associated with the dynamic rearrangement of the cytoskeleton to maintain cell viability, redistribution of water and cryoprotectants to limit cell volume reduction, and inhibition in nerve activity to facilitate dormancy, demonstrating a coordinated evolution for this complex adaptation. Overall, our work provides valuable resources and opportunities to unveil the genetic basis of freeze tolerance adaptation in ectothermic vertebrates.

The inferior electronic conductivity and deficient number of electrochemical active sites of the transition metal oxides severely restrict electrode kinetics and the utilization of redox actives sites on the electrode surface, thus leading to ineffective electrochemical performance. Herein, we exhibit an effective strategy to obtain NiO/Ni nanoflakes with oxygen vacancies and sulfur dopants (S-NiO1-x/Ni) for serving as supercapacitor electrode. The incorporation of O vacancies and S dopants into NiO/Ni in concert to modulate the electronic structure and generates more accessible active sites, which improve the electrochemical conductivity and facilitates surface redox processes. Experimental and theoretical studies provide insight into the location of the introduction of O vacancy and S atom and their effects on the electrical properties of S-NiO1-x/Ni. Meanwhile, S atoms incorporation into S-NiO1-x/Ni not only involve in the redox reactions but also act as active sites. The as-obtained S-NiO1-x/Ni delivers a remarkable electrochemical behavior with a high specific capacitance of 648.4F g−1 at the current density of 1 A/g. Additionally, an asymmetric supercapacitor outfitted with the as-prepared S-NiO1-x/Ni as positive electrode and active carbon as negative electrode gives rise to an excellent energy density of 28.8 Wh kg−1 at the power density of 800 W kg−1, together with a long-term stability.