Abstract Developing cost-effective electrocatalysts operated in the same electrolyte for water splitting, including oxygen and hydrogen evolution reactions, is important for clean energy technology and devices. Defects in electrocatalysts strongly influence their chemical properties and electronic structures, and can dramatically improve electrocatalytic performance. However, the development of defect-activated electrocatalyst with an efficient and stable water electrolysis activity in alkaline medium remains a challenge, and the understanding of catalytic origin is still limited. Here, we highlight defect-enriched bifunctional eletrocatalyst, namely, three-dimensional iron fluoride-oxide nanoporous films, fabricated by anodization/fluorination process. The heterogeneous films with high electrical conductivity possess embedded disorder phases in crystalline lattices, and contain numerous scattered defects, including interphase boundaries, stacking faults, oxygen vacancies, and dislocations on the surfaces/interface. The heterocatalysts efficiently catalyze water splitting in basic electrolyte with remarkable stability. Experimental studies and first-principle calculations suggest that the surface/edge defects contribute significantly to their high performance.

ABSTRACT Certain vaccines are more effective than others against microbial infections, but the molecular mechanisms separating the two types of vaccines are largely undefined. Here, by comparing two vaccines of Streptococcus pneumoniae with identical antigens but different efficacies (pneumococcal conjugate vaccine – PCV13 and pneumococcal polysaccharide vaccine – PPV23), we reveal that superior vaccine protection against blood-borne bacteria is primarily achieved by activating pathogen capture of the sinusoidal endothelial cells (ECs) in the liver. Consistent with its superior protection in humans, PCV13 confers a more potent protection than PPV23 against pneumococcal infection in mice. In vivo real-time imaging and genetic mutagenesis revealed that PCV13 activates both liver ECs and resident macrophages Kupffer cells (KCs) to capture IgG-coated bacteria via IgG Fc gamma receptor (FcγR). In particular, the FcγRIIB-mediated capture by ECs is responsible for PCV13-induced superior protection. In contrast, PPV23 only activates KCs (but not ECs) to achieve a less effective pathogen capture and protection through complement receptor-mediated recognition of IgM- and C3-coated bacteria. These liver-based vaccine protection mechanisms are also found with the vaccines of Neisseria meningitidis and Klebsiella pneumoniae , another two important invasive human pathogens. Our findings have uncovered a novel EC- and FcγRIIB-mediated mechanism in the liver for more efficacious vaccine protection. These findings can serve as in vivo functional readouts to evaluate vaccine efficacy and guide the future vaccine development. One Sentence Summary Vaccine efficacy is defined by FcγRIIB-mediated capture of antibody-coated bacteria via liver sinusoidal endothelial cells.

Traditional methods for algae removal in drinking water treatment, such as coagulation and sedimentation, face challenges due to the negative charge on algae cells' surfaces, resulting in ineffective removal. Ultrasonic cavitation has shown promise in enhancing coagulation performance by disrupting extracellular polymer structures and improving cyanobacteria removal through various mechanisms like shear force and free radical reactions. However, the short lifespan and limited mass transfer distance of free radicals in conventional ultrasonic treatment lead to high energy consumption, limiting widespread application. To overcome these limitations and enhance energy efficiency, advanced carbon-based materials were developed and tested. Nitrogen-doped functional groups on nanodiamond surfaces were found to boost sonosensitivity by increasing the production of reactive oxygen species at the sonosensitizer-water interface. Utilizing low-power ultrasound (0.12 W/mL) in combination with N-ND treatment for 5 min, removal rates of Microcystis aeruginosa cells in water exceeded 90 %, with enhanced removal of algal organic matters and microcystins in water. Visualization through confocal microscopy highlighted the role of positively charged nitrogen-doped nanodiamonds in aggregating algae cells. The synergy between cell capturing and catalysis of N-ND indicates that efficient mass transfer of free radicals from the sonosensitizer's surface to the microalgae's surface is critical for promoting cyanobacteria floc formation. This study underscores the potential of employing a low-intensity ultrasound and N-ND system in effectively improving algae removal in water treatment processes.

ABSTRACT Vaccination has significantly reduced the incidence of invasive infections caused by several bacterial pathogens, including Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae and Neisseria meningitidis . However, no vaccines are available for many other invasive pathogens. A major hurdle in vaccine development is the lack of functional markers to quantify vaccine immunity in eliminating pathogens in the process of infection. Based on our recent discovery of the liver as the major organ of vaccine-induced clearance of blood-borne virulent bacteria, we here describe a new vaccine evaluation system that quantitatively characterize important properties of effective vaccines in shuffling virulent bacteria from the blood circulation to the liver resident macrophage Kupffer cells (KCs) and sinusoidal endothelial cells (LSECs) in animal models. This system consists of three related correlates or assays: pathogen clearance from the bloodstream, pathogen trapping in the liver, and pathogen capture by KCs/LSECs. The readouts of these correlates were consistently associated with the serotype-specific immunoprotection levels of the 13-valent pneumococcal polysaccharide conjugate vaccine (PCV13) against lethal infections of S. pneumoniae, a major invasive pathogen of community-acquired infections in humans. Furthermore, the reliability and sensitivity of these correlates in reflecting vaccine efficacy were verified with whole cell vaccines of Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli , two major pathogens in hospital-acquired invasive infections. This system may be used as cost effective readouts to evaluate the immunoprotective potential of vaccine candidates in the preclinical phase by filling the current technical gap in vaccine evaluation between the conventional in vitro approaches (e.g., antibody production and pathogen neutralization/opsonophagocytosis) and survival of immunized animals.

A novel molecularly imprinted electrochemical sensor was developed for the sensitive and selective determination of anthocyanins in athletic food products. The sensor was fabricated by incorporating a conductive composite of graphene oxide and gold nanoparticles as the transducer material, which was modified with a silylation agent to enhance compatibility with the molecularly imprinted polymer. The MIP was synthesized using functional monomers that can interact with anthocyanins through hydrogen bonding and π-π interactions. The MIP sensor exhibited a linear response range from 1 nM to 10 μM for cyanidin-3-O-glucoside, with a detection limit of 0.3 nM. The sensor demonstrated high selectivity towards the target anthocyanin, with selectivity coefficients ranging from 7.2 to 48.6 over various interfering compounds. The MIP sensor was successfully applied to the determination of anthocyanin content in commercial athletic food products, with relative errors ranging from -2.1% to 1.3% compared to the reference HPLC method. The recoveries of anthocyanins from spiked food samples ranged from 96.4% to 102.8%.

As one of the four major black soil distribution areas in the world, the black soil region in northeastern China has shown a trend of nutrient degradation under excessive development. Understanding its nutrient changes and the factors affecting them is of great significance to the sustainable development of black soil. Soil nutrient profiles are influenced by several anthropogenic management patterns, including fertilizer application methods and tillage practices. A comprehensive analysis of the influencing factors can help to understand the mechanisms of nutrient changes in black soil cropland. Therefore, using soil organic carbon (SOC) as a proxy for nutrients, this study applied a meta-analysis based on 1138 observations from 60 papers to reveal the effects of anthropogenic management practices (application of organic fertilizers (OF), straw back (SB), application of chemical fertilizers (CF) and conservational tillage (CT)) on soil nutrients. The results showed that the most of soil nutrients increased significantly under management model. The application of chemical fertilizers decreased soil pH by 4.55% and increased soil available phosphorus (AP) content by 112.14%. Compared to the conventional model, application of organic fertilizers significantly increased SOC content, total nitrogen (TN) content and microbial biomass carbon (MBC) content by, 16.75%, 20.10% and 31.15% (p < .05), respectively. The effect values of SOC content were positively correlated with those of most soil nutrient contents under different anthropogenic management. This study helps to understand the response of nutrient content of northeastern black soils to different anthropogenic management models and provides reasonable references for sustainable farming patterns.