Abstract A hundred years on, the energy‐intensive Haber–Bosch process continues to turn the N 2 in air into fertilizer, nourishing billions of people while causing pollution and greenhouse gas emissions. The urgency of mitigating climate change motivates society to progress toward a more sustainable method for fixing N 2 that is based on clean energy. Surface oxygen vacancies (surface O vac ) hold great potential for N 2 adsorption and activation, but introducing O vac on the very surface without affecting bulk properties remains a great challenge. Fine tuning of the surface O vac by atomic layer deposition is described, forming a thin amorphous TiO 2 layer on plasmon‐enhanced rutile TiO 2 /Au nanorods. Surface O vac in the outer amorphous TiO 2 thin layer promote the adsorption and activation of N 2 , which facilitates N 2 reduction to ammonia by excited electrons from ultraviolet‐light‐driven TiO 2 and visible‐light‐driven Au surface plasmons. The findings offer a new approach to N 2 photofixation under ambient conditions (that is, room temperature and atmospheric pressure).

Abstract Antimicrobial photodynamic therapy (APDT) is a promising alternative to traditional antibiotics for bacterial infections, which inactivates a broad spectrum of bacteria. However, it has some disadvantages including poor water solubility and easy aggregation of hydrophobic photosensitizers (PS), and poor tissue penetration and cytotoxicity when using UV as the light source, leading to undesired photodynamic therapy efficacy. Herein, we develop a novel water-soluble natural PS (sorbicillinoids) obtained by microbial fermentation using recombinant filamentous fungus Trichoderma reesei ( T . reesei ). Sorbicillinoids could effectively generate singlet oxygen ( 1 O 2 ) under ultraviolet (UV) light irradiation, and ultimately display photoinactivation activity on Gram-positive bacteria, but not Gram-negative ones. Staphylococcus aureus ( S . aureus ) treated with sorbicillinoids and UV light displayed high levels of intracellular reactive oxygen species (ROS), notable DNA photocleavage, and compromised cell semi-permeability without overt cell membrane disruption. Moreover, the dark toxicity, phototoxicity or hemolysis activity of sorbicillinoids is negligible, showing its excellent biocompatibility. Therefore, sorbicillinoids, a type of secondary metabolite from fungus, has a promising future as a new PS for APDT using nontoxic dose of UV light irradiation. Importance It is of great value to develop novel PSs for APDT to enhance its efficacy for the reason that many traditional PSs have disadvantages like low water solubility and poor biocompatibility. In this study, we develop a novel water-soluble natural PS - sorbicillinoids obtained by microbial fermentation using T. reesei. Sorbicillinoids could effectively generate singlet oxygen under UV light irradiation, and ultimately display photoinactivation activity on Gram-positive bacteria, but not Gram-negative ones. More importantly, UV light can generally only be used to inactivate bacteria on the surface due to its weak penetration. However, it can penetrate deep into the solution and inactivate bacteria in the presence of sorbicillinoids. Therefore, sorbicillinoids, a type of secondary metabolite from fungus, has a promising future as a new PS for APDT using nontoxic dose of UV light irradiation.

Biodegradable, sustainable, and multifunctional intelligent food packaging has attracted extensive attention due to the concerns about the environmental pollution, the health hazard, and the food safety of plastic packaging. Herein, a multifunctional bacterial cellulose (BC)-based film (termed BC-PE-Cur) was fabricated for intelligent food packaging. The film was simply prepared by vacuum filtration and compression of a mixture of the BC and the curcumin (Cur)-embedded Pickering emulsion (PE) stabilized with the natural protein-polysaccharide hybrid nanoparticles (PPH NPs). The Pickering emulsion droplets containing Cur were uniformly distributed within the film and adhered to the film surface, resulting in a uniform dispersion of Cur in the film, and a thicker, rougher film with a laminated pore structure. The BC-PE-Cur film showed excellent antibacterial, antioxidant, UV-shielding, water vapor barrier, and mechanical properties. BC-PE-Cur film can extend the shelf life of basa fish by delaying the lipid peroxidation and inhibiting the growth of spoilage microorganisms. Moreover, during the storage of basa fish, BC-PE-Cur films underwent significant color change due to the production of alkaline substances, which could indicate the freshness of basa fish. This study provides an attractive strategy to construct multifunctional smart bio-based composite films containing non-water-soluble active ingredients for food packaging and freshness monitoring.

Motivation: Cell shapes provide crucial biology information on complex tissues. Different cell types often have distinct cell shapes, and collective shape changes usually indicate morphogenetic events and mechanisms. The identification and detection of collective cell shape changes in an extensive collection of 3D time-lapse images of complex tissues is an important step in assaying such mechanisms but is a tedious and time-consuming task. Machine learning provides new opportunities to automatically detect cell shape changes. However, it is challenging to generate sufficient training samples for pattern identification through deep learning because of a limited amount of images and annotations. Result: We present a deep learning approach with minimal well-annotated training samples and apply it to identify multicellular rosettes from 3D live images of the Caenorhabditis elegans embryo with fluorescently labelled cell membranes. Our strategy is to combine two approaches, namely, feature transfer and generative adversarial networks (GANs), to boost image classification with small training samples. Specifically, we use a GAN framework and conduct an unsupervised training to capture the general characteristics of cell membrane images with 11,250 unlabelled images. We then transfer the structure of the GAN discriminator into a new Alex-style neural network for further learning with several dozen labelled samples. Our experiments showed that with 10-15 well-labelled rosette images and 30-40 randomly selected non-rosette images our approach can identify rosettes with over 80% accuracy and capture over 90% of the model accuracy achieved with a training dataset that is five times larger. We also established a public benchmark dataset for rosette detection. This GAN-based transfer approach can be applied to study other cellular structures with minimal training samples.

In order to address the low compliance and dissatisfied specificity of low-dose computed tomography (LDCT), efficient and non-invasive approaches are needed to complement its limitations for lung cancer screening and management. The ASCEND-LUNG study is a prospective two-stage case-control study designed to evaluate the performance of a liquid biopsy-based comprehensive lung cancer screening and post-screening pulmonary nodules management system.

Abstract Emerging evidence suggests that patients with inflammatory bowel diseases (IBDs) are predisposed to psychosocial disturbances, such as depression and anxiety. Regrettably, clinical antidepressants exhibit unsatisfactory therapeutic efficacy in IBD‐associated psychosocial disturbances, primarily attributed to the inherent intestinal disorders and intricate bidirectional relationship between the gut and the brain. Herein, we report a metal–polyphenol‐based antidepressant to alleviate mental disorders in dextran sulfate sodium‐induced experimental acute colitis mice via modulating the microbiota–gut–brain axis. The antidepressant, termed CSMTC, comprises a core of melittin‐encapsulated natural antioxidant enzymes (i.e., catalase and superoxide dismutase) and a protective shell composed of tannic acid–cerium ion network. Upon oral administration to colitis mice, CSMTC can effectively restore colonic redox balance, reinforce the intestinal barrier, modulate gut microbiota composition, maintain the blood–brain barrier integrity, and regulate systemic immune responses. Notably, behavioral test results reveal that CSMTC significantly alleviates the colitis‐associated mental disorder (e.g., depression‐like behavior) via the microbiota–gut–brain axis by reducing neuroinflammation, enhancing hippocampal neural plasticity, modulating hippocampal immune responses, and restoring neurotransmitter homeostasis. This work may have implications for the development of new nanodrugs for treating inflammation‐associated complications.