We designed a series of porous graphene as the separation membrane of H2/N2. The selectivity and permeability could be controlled by drilling various nanopores with different shapes and sizes. The mechanisms of hydrogen and nitrogen to permeate through the porous graphene are different. The small nanopore (pore-11) can only allow the hydrogen molecules to permeate due to the size restriction. In the systems of bigger nanopores (e.g., pore-13, pore-14, etc.), where the pore size is big enough to allow nitrogen molecules to permeate without any restriction, we observed more permeation events of nitrogen than that of hydrogen molecules. The reason is that the van der Waals interactions with the graphene membrane make the nitrogen molecules accumulate on the surface of graphene. When the pore size further increases, the flow of hydrogen molecules exhibits the linear dependence on the pore area, while there is no obvious correlation between the flow of nitrogen molecules and the pore area.

Existing inpainting methods have achieved promising performance for recovering regular or small image defects. However, filling in large continuous holes remains difficult due to the lack of constraints for the hole center. In this paper, we devise a Recurrent Feature Reasoning (RFR) network which is mainly constructed by a plug-and-play Recurrent Feature Reasoning module and a Knowledge Consistent Attention (KCA) module. Analogous to how humans solve puzzles (i.e., first solve the easier parts and then use the results as additional information to solve difficult parts), the RFR module recurrently infers the hole boundaries of the convolutional feature maps and then uses them as clues for further inference. The module progressively strengthens the constraints for the hole center and the results become explicit. To capture information from distant places in the feature map for RFR, we further develop KCA and incorporate it in RFR. Empirically, we first compare the proposed RFR-Net with existing backbones, demonstrating that RFR-Net is more efficient (e.g., a 4% SSIM improvement for the same model size). We then place the network in the context of the current state-of-the-art, where it exhibits improved performance. The corresponding source code is available at: https://github.com/jingyuanli001/RFR-Inpainting.

Water permeation across a single-walled carbon nanotube (SWNT) under the influence of a mobile external charge has been studied with molecular dynamics simulations. This designed nanopore shows an excellent on-off gating behavior by a single external charge (of value +1.0e): it is both sensitive to the available charge signal when it is close (less than a critical distance of 0.85 A or about half the size of a water molecule) and effectively resistant to charge noise, i.e., the effect on the flow and net flux across the channel is found to be negligible when the charge is >0.85 A away from the wall of the nanopore. This critical distance can be estimated from the interaction balance for the water molecule in the SWNT closest to the imposed charge with its neighboring water molecules and with the charge. The flow and net flux decay exponentially with respect to the difference between these two interaction energies when the charge gets closer to the wall of the SWNT and reaches a very small value once the charge crosses the wall, suggesting a dominating effect on the permeation properties from local water molecules near the external charge. These findings might have biological implications because membrane water channels share a similar single-file water chain inside these nanoscale channels.

Gold and carbon make it together: Gold nanoclusters (GNCs) impregnated onto reduced graphene oxide (RGO) nanosheets cross swiftly across HepG2 hepatocarcinoma cell membranes to alter proteins and DNA and transport anticancer molecular drugs, such as doxorubicin (DOX).

Regarding the importance of the biological effects of nanomaterials, there is still limited knowledge about the binding structure and stability of the protein corona on nanomaterials and the subsequent impacts. Here we designed a hard serum albumin protein corona (BSA) on CTAB-coated gold nanorods (AuNRs) and captured the structure of protein adsorption using synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy, microbeam X-ray fluorescent spectroscopy, and circular dichroism in combination with molecular dynamics simulations. The protein adsorption is attributed to at least 12 Au–S bonds and the stable corona reduced the cytotoxicity of CTAB/AuNRs. These combined strategies using physical, chemical, and biological approaches will improve our understanding of the protective effects of protein coronas against the toxicity of nanomaterials. These findings have shed light on a new strategy for studying interactions between proteins and nanomaterials, and this information will help further guide the rational design of nanomaterials for safe and effective biomedical applications.

Hyperhomocysteinemia (HHcy) is a risk factor for various cardiovascular diseases. However, the mechanism underlying HHcy-aggravated vascular injury remains unclear. Here we show that the aggravation of abdominal aortic aneurysm by HHcy is abolished in mice with genetic deletion of the angiotensin II type 1 (AT1) receptor and in mice treated with an AT1 blocker. We find that homocysteine directly activates AT1 receptor signalling. Homocysteine displaces angiotensin II and limits its binding to AT1 receptor. Bioluminescence resonance energy transfer analysis reveals distinct conformational changes of AT1 receptor upon binding to angiotensin II and homocysteine. Molecular dynamics and site-directed mutagenesis experiments suggest that homocysteine regulates the conformation of the AT1 receptor both orthosterically and allosterically by forming a salt bridge and a disulfide bond with its Arg167 and Cys289 residues, respectively. Together, these findings suggest that strategies aimed at blocking the AT1 receptor may mitigate HHcy-associated aneurysmal vascular injuries.

An important issue in nanopore sensing is to construct stable and versatile sensors that can discriminate analytes with minute differences. Here we report a means of creating nanopores that comprise ultrashort single-walled carbon nanotubes inserted into a lipid bilayer. We investigate the ion transport and DNA translocation through single-walled carbon nanotube nanopores and find that our results are fundamentally different from previous studies using much longer single-walled carbon nanotubes. Furthermore, we utilize the new single-walled carbon nanotube nanopores to selectively detect modified 5-hydroxymethylcytosine in single-stranded DNA, which may have implications in screening specific genomic DNA sequences. This new nanopore platform can be integrated with many unique properties of carbon nanotubes and might be useful in molecular sensing such as DNA-damage detection, nanopore DNA sequencing and other nanopore-based applications. Nanopore sensors are a promising tool for the controlled detection of a range of possible substrates. Here the authors describe a nanopore sensor based on short single-walled carbon nanotubes inserted into a lipid bilayer, with modified sensing properties compared to longer nanotubes.

Abstract Ceria nanoparticles (nanoceria) are well known as a superoxide scavenger. However, inherent superoxide‐scavenging ability has only been found in the nanoceria with sizes of less than 5 nm and with very limited shape diversity. Reported herein is a strategy to significantly improve the superoxide‐scavenging activity of nanoceria sized at greater than 5 nm. The nanoceria with sizes of greater than 5 nm, with different shapes, and with a negligible Ce 3+ /Ce 4+ ratio can acquire remarkable superoxide‐scavenging abilities through electron transfer. This method will make it possible to develop nanoceria‐based superoxide‐scavengers with long‐acting activity and tailorable characteristics.