To attain a low-cost and high-efficient phosphate adsorbent, lanthanum (La) loaded biochar (La-BC) prepared by a chemical precipitation method was developed. La-BC and its pristine biochar (CK-BC) were comparatively characterized using zeta potential, BET surface area, scanning electron microscopy/energy dispersive spectrometer (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The adsorption ability and the mechanisms during adsorption process for the La-BC samples were also investigated. La loaded on the surface of biochar can be termed as La-composites (such as LaOOH, LaONO3 and La(OH)3), leading to the decrease of negative charge and surface area of biochar. La-BC exhibited the high adsorption capacity to phosphate compared to CK-BC. Adsorption isotherm and adsorption kinetic studies showed that the Langmuir isotherm and second order model could well describe the adsorption process of La-BC, indicating that the adsorption was dominated by a homogeneous and chemical process. The calculated maximum adsorption capacity was as high as 46.37 mg g−1 (computed in P). Thermodynamic analysis revealed that the adsorption was spontaneous and endothermic. SEM, XRD, XPS and FT-IR analysis suggested that the multi-adsorption mechanisms including precipitation, ligand exchange and complexation interactions can be evidenced during the phosphate adsorption process by La-composites in La-BC.

The bacterial world offers diverse strains for understanding medical and environmental processes and for engineering synthetic biological chassis. However, genetically manipulating these strains has faced a long-standing bottleneck: how to efficiently transform DNA. Here, we report imitating methylation patterns rapidly in TXTL (IMPRINT), a generalized, rapid, and scalable approach based on cell-free transcription-translation (TXTL) to overcome DNA restriction, a prominent barrier to transformation. IMPRINT utilizes TXTL to express DNA methyltransferases from a bacterium's restriction-modification systems. The expressed methyltransferases then methylate DNA in vitro to match the bacterium's DNA methylation pattern, circumventing restriction and enhancing transformation. With IMPRINT, we efficiently multiplex methylation by diverse DNA methyltransferases and enhance plasmid transformation in gram-negative and gram-positive bacteria. We also develop a high-throughput pipeline that identifies the most consequential methyltransferases, and we apply IMPRINT to screen a ribosome-binding site library in a hard-to-transform Bifidobacterium. Overall, IMPRINT can enhance DNA transformation, enabling the use of sophisticated genetic manipulation tools across the bacterial world.

Liquid crystal elastomers (LCEs) are a kind of soft actuating materials with large reversible deformation ability, which can work as the "motor" to exhibit complex deformations and drive the locomotion of soft robots. The deformation of LCEs depends on the three-dimensional (3D) shape of whole structure and alignment patterns of mesogens. Various methods have been employed to fabricate the LCE structure with desired shapes and mesogen alignments. However, conventional 3D printed LCEs require continuous thermal energy input to maintain their actuated shapes. The LCEs cannot be reprocessed and reprogrammed once cured. Herein, we introduce dynamic boronic ester bonds into the ink, with which the printed LCE structures are capable of being reprogrammed from polydomain into monodomain state and vice versa. We further explore the effects of printing parameters and content of dynamic covalent bonds on the actuation performance and reprogramming ability. The actuated shape could be well predicted with finite element method. The dynamic printable LCEs developed here offer new strategy and large design space for LCE structures.

The bacterial world offers diverse strains for understanding medical and environmental processes and for engineering synthetic-biology chasses. However, genetically manipulating these strains has faced a long-standing bottleneck: how to efficiently transform DNA. Here we report IMPRINT, a generalized, rapid and scalable approach based on cell-free transcription-translation (TXTL) systems to overcome DNA restriction, a prominent barrier to transformation. IMPRINT utilizes TXTL to express DNA methyltransferases from the bacterial host9s restriction-modification systems. The expressed methyltransferases then methylate DNA in vitro to match the host DNA9s methylation pattern, circumventing restriction and enhancing transformation. With IMPRINT, we efficiently multiplex methylation by diverse DNA methyltransferases and enhance plasmid transformation in gram-negative and gram-positive bacteria. We also developed a high-throughput pipeline that identifies the most consequential methyltransferases, and we apply IMPRINT to facilitate a library screen for translational rules in a hard-to-transform Bifidobacterium. Overall, IMPRINT can enhance DNA transformation, enabling use of increasingly sophisticated genetic manipulation tools across the bacterial world.

With the increase in urban development intensity, the urban climate has become an important factor affecting sustainable development. The role of urban ventilation corridors in improving urban climate has received widespread attention. Urban ventilation identification and planning based on morphological methods have been initially applied. Traditional morphological methods do not adequately consider the dynamic process of air flow, resulting in a rough evaluation of urban ventilation patterns. This study proposes a new urban-scale ventilation corridor identification method that integrates the Lattice Boltzmann method and the K-means algorithm. Taking Wuhan, China as the research area, an empirical study in different wind directions was conducted on a 20 m grid. The results showed that three levels of ventilation corridors (245.47 km2 in total) and two levels of ventilation obstruction areas (658.09 km2 in total) were identified to depict the ventilation pattern of Wuhan’s central urban area. The method proposed in this study can meet the needs of urban-scale ventilation corridor identification in terms of spatial coverage, spatial distribution rate and dynamic analysis. Compared with the classic least cumulative ventilation cost method, the method proposed in this study can provide more morphologic details of the ventilation corridors. This plays a very important role in urban planning based on urban ventilation theory.

The saline wastewater produced in industrial activities and seawater use would flow into wastewater treatment plants and affect the characteristic of extracellular polymeric substance (EPS) of activated sludge, which could potentially impact the removal of antibiotics via adsorption. Nonetheless, the effect of salinity on trimethoprim adsorption by activated sludge extracellular polymeric substances at trace concentration and the underlying mechanism remain largely unknown. In this study, the effect of salinity on the adsorption removal of a typical antibiotic, i.e., trimethoprim (TMP) at trace concentration (25.0 μg/L) was evaluated. The results showed the content of EPS was decreased significantly from 56.36 to 21.70 mg/g VSS when the salinity was increased from 0 to 10 g/L. Protein fractions occupied the predominant component of EPS, whose concentration was decreased from 38.17 to 12.83 mg/g VSS. The equilibrium adsorption capacity of activated sludge for TMP was decreased by 49.70% (from 4.97 to 2.50 μg/g VSS). The fluorescence quenching results indicated the fluorescence intensity of tryptophan-like substances was decreased by 30% and the adsorption sites of EPS were decreased from 0.51 to 0.21 when the salinity was increased. The infrared spectrum and XPS results showed that the nitrogen-containing groups from protein were decreased significantly. The circular dichroic analysis showed α helix structure of protein in EPS was decreased with the increase of salinity, which was responsible for the decrease of adsorption capacity for TMP.