纳米孔生物分子检测研究

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术,广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。基因测序的费用、灵敏度和精度是该检测技术的发展中亟待解决的主要问题,而开发新型的纳米孔材料则是解决这些问题的关键手段。本文从纳米孔材料的选择和设计角度出发,综述了三种不同的纳米孔,即蛋白质等生物纳米孔、固态纳米孔和新型二维材料纳米孔在生物分子检测方面的应用现状,并比较了生物纳米孔与固态纳米孔的差别。本文也重点阐述了二维材料纳米孔在生物分子检测中的实验和模拟研究进展。最后,对纳米孔检测技术的发展前景进行了展望。     

基于仿生膜的功能化单纳米通道在分析化学中的应用

灵感来源于蛋白质离子通道的仿生功能化单纳米通道,已逐渐成为一种成熟的单分子检测技术和离子整流器。功能化纳米通道包括两种:基因改造的蛋白质纳米通道和固体加工的纳米通道。常用的固体纳米通道有三种:在纳米氮化硅或石墨烯上用聚焦离子束(FIB)或电子束(FEB)轰击得到的纳米通道,化学腐蚀聚合物薄膜中的重金属离子轨迹得到的锥形纳米通道和拉制毛细管或激光刻蚀得到的玻璃纳米孔。相对于蛋白质纳米通道,固态的人工纳米通道具有更优越的机械稳定性,并可用于各种功能基团的修饰。经过近十年的发展,包括蛋白质纳米通道在内的各种仿生的纳米通道已广泛用于对小分子、蛋白质和聚合物等其他一些对象的定性和定量检测。本综述详细介绍了近年来国内外该领域的发展,并对未来的发展方向作了简要的展望。     

准晶体的研究进展

准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。按照其准周期维数的分类方法分为一维、二维、三维准晶体,具有力学性能、电学性能和磁性能。利用其优良的性能特点,可将其应用于表面改性材料和结构材料增强相中。对准晶体的基础研究主要在其原子结构测定、形成因素、成分预测、单质组元的寻找和物理性质的有效调控等方面;而应用研究主要包括其薄膜技术和微纳米化的研究等。     

纳米自组装合成大孔容介孔氧化铝

提出了一种纳米自组装大孔容介孔氧化铝固体材料的制备方法．提出了二级纳米自组装机理和框架式大孔容介孔固体材料形成机理．在一级纳米自组装体,超增溶胶团中,氢氧化铝沉淀与VB值小于1的表面活性剂原位自组装成线状、棒状二级纳米自组装体．二级纳米自组装氢氧化铝焙烧形成棒状纳米氧化铝．对于大孔容介孔固体材料的形成,我们提出了没有外表面要求限制,纳米氧化铝组成没有连续外表面的框架式介孔固体材料机理．采用二级纳米自组装体为模板剂合成出适用于渣油加氢处理催化剂的大孔容介孔固体材料,物理性质为1．8～2．7mL·g^-1的孔容、180～429m^2·g^-1比表面、17～57nm的平均孔径、大于10nm的孔为81％～94％、87％～93％的孔隙率和7．7～25N／mm的强度．     

具有高光催化活性的介孔单晶TiO2薄膜的制备

光催化技术在常温下能够直接利用太阳能来驱动反应, 已成为一种理想的环境污染治理和洁净能源生产技术. 但是比较多的限制条件阻碍了光催化发展和实际应用, 如何有效解决这些限制因素成为光催化技术走向工业化应用必须解决的问题. 目前光催化材料研究存在的问题主要包括: (1)研究工作主要集中的粉体催化剂存在分离困难、难以重复利用的缺点, 开发与基底结合牢固的薄膜材料是十分必要的; (2)光催化材料本身的光响应范围影响光催化材料的应用, 拓宽催化剂材料的光吸收范围是亟待解决的; (3)光生电子和空穴的复合问题是影响光催化剂催化活性的主要因素之一, 很多方法被用来阻止电子-空穴对的复合, 如: 金属和非金属的掺杂、贵金属修饰、异质结、新型催化剂结构的设计等, 如何设计促进催化剂光生电子和空穴的分离成为光催化技术应用的重要问题.介孔单晶TiO2通过自组装的方法被制备, 成为TiO2的一种新结构材料. 介孔单晶TiO2结合了介孔材料的大比表面积、单晶材料的电荷传输快等优点, 对于光催化性能有了很大的提高. 目前介孔单晶TiO2主要是以粉体的形式存在, 但是粉体TiO2的应用受到多方面的影响, 如: 难回收不易重复利用, 与电催化结合难, 不能借助电催化提高电荷分离效率等. TiO2薄膜能够解决粉体的不足, 近年来, TiO2光催化薄膜得到广泛的研究, TiO2薄膜的制备方法很多, 主要有液相制备方法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学方法、溅射法等. TiO2薄膜主要是以纳米颗粒的形式沉积在基底上, 并且多为多晶和无定形. 而对于介孔单晶TiO2薄膜的制备和研究还没有报道. 我们通过直接焙烧一步法制备了介孔单晶TiO2薄膜, 并对TiO2薄膜的生长情况、表面结构、TiO2晶相和晶体完整程度的变化对性能的影响进行了研究. 通过调变Ti与F的比例和煅烧温度, 研究不同的制备条件对其性能的影响, 从而制备高活性TiO2薄膜. 为了进一步提高介孔单晶TiO2薄膜的活性和拓展其吸收光谱范围, 使用高温热解自组装技术一步法制备了贵金属Au负载的介孔单价TiO2薄膜, Au纳米颗粒跟TiO2有较好的结合度. 在可见光照射下, Au/TiO2异质结构中Au表面由等离子体共振效应产生的活泼电子会注入TiO2导带, 使光生电子和空穴得到分离; 同时Au具有特殊的可见光等离子体共振效应能显著改善TiO2类宽带隙半导体的可见光响应性能.实验用还原Cr(Ⅵ)作为探针反应, 考察不同Au含量对光催化性能的影响.     

具有高光催化活性的介孔单晶TiO_2薄膜的制备（英文）

光催化技术在常温下能够直接利用太阳能来驱动反应,已成为一种理想的环境污染治理和洁净能源生产技术.但是比较多的限制条件阻碍了光催化发展和实际应用,如何有效解决这些限制因素成为光催化技术走向工业化应用必须解决的问题.目前光催化材料研究存在的问题主要包括:(1)研究工作主要集中的粉体催化剂存在分离困难、难以重复利用的缺点,开发与基底结合牢固的薄膜材料是十分必要的;(2)光催化材料本身的光响应范围影响光催化材料的应用,拓宽催化剂材料的光吸收范围是亟待解决的;(3)光生电子和空穴的复合问题是影响光催化剂催化活性的主要因素之一,很多方法被用来阻止电子-空穴对的复合,如:金属和非金属的掺杂、贵金属修饰、异质结、新型催化剂结构的设计等,如何设计促进催化剂光生电子和空穴的分离成为光催化技术应用的重要问题.介孔单晶TiO_2通过自组装的方法被制备,成为TiO_2的一种新结构材料.介孔单晶TiO_2结合了介孔材料的大比表面积、单晶材料的电荷传输快等优点,对于光催化性能有了很大的提高.目前介孔单晶TiO_2主要是以粉体的形式存在,但是粉体TiO_2的应用受到多方面的影响,如:难回收不易重复利用,与电催化结合难,不能借助电催化提高电荷分离效率等.TiO_2薄膜能够解决粉体的不足,近年来,TiO_2光催化薄膜得到广泛的研究,TiO_2薄膜的制备方法很多,主要有液相制备方法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学方法、溅射法等.TiO_2薄膜主要是以纳米颗粒的形式沉积在基底上,并且多为多晶和无定形.而对于介孔单晶TiO_2薄膜的制备和研究还没有报道.我们通过直接焙烧一步法制备了介孔单晶TiO_2薄膜,并对TiO_2薄膜的生长情况、表面结构、TiO_2晶相和晶体完整程度的变化对性能的影响进行了研究.通过调变Ti与F的比例和煅烧温度,研究不同的制备条件对其性能的影响,从而制备高活性TiO_2薄膜.为了进一步提高介孔单晶TiO_2薄膜的活性和拓展其吸收光谱范围,使用高温热解自组装技术一步法制备了贵金属Au负载的介孔单价TiO_2薄膜,Au纳米颗粒跟TiO_2有较好的结合度.在可见光照射下,Au/TiO_2异质结构中Au表面由等离子体共振效应产生的活泼电子会注入TiO_2导带,使光生电子和空穴得到分离;同时Au具有特殊的可见光等离子体共振效应能显著改善TiO_2类宽带隙半导体的可见光响应性能.实验用还原Cr(VI)作为探针反应,考察不同Au含量对光催化性能的影响.     

基于高分子聚合物及毛细玻璃管的固态单纳米孔通道在分析化学中的应用

纳米孔检测技术以其独特的优势在电分析化学领域引起广泛的关注,基于此构建的电化学传感器及电化学整流开关已被用于多种目标物分析,如单分子蛋白检测及DNA测序。纳米孔既可由生物分子制成,也可由固态材料制备。其中,固态纳米孔易于修饰,机械性能、稳定性等相对较好,应用较为广泛。纳米孔检测技术主要的输出信号为电阻脉冲和电流-电压曲线(离子整流),本文以两种输出信号为重点,详细介绍了纳米孔检测的原理和应用,总结了近年来固态单纳米孔通道在分析化学领域的发展,并对该领域未来的发展趋势和应用前景进行了展望。     

TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响

纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响。本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础。     

有序介孔氧化硅薄膜制备及其组装化学

本文综述了近年来利用有机模板法合成有序介孔二氧化硅薄膜的研究进展，重点阐述了两相界面外延生长和蒸发诱导自组装两种制备方法及其合成机理。此外，讨论了有序介孔二氧化硅薄膜的组装化学，包括金属元素掺杂，纳米粒子在介孔薄膜中的组装，以及有机物/二氧化硅纳米复合薄膜的制备，并对介孔二氧化硅薄膜未来的发展趋势做了展望。     

铁酸镧纳米晶薄膜制备及其在MOS场效应晶体管气敏元件上的应用

纳米晶固体材料是由粒径小于100nm的微晶颗粒聚集而成的块状或薄膜人工固体,它具有特殊性能。本文采用sol-gel法制备了LaFeO_3纳米晶薄膜,并与集成电路平面工艺相结合,首次研制出了用纳米晶薄膜作为栅控制极的MOS场效应晶体管乙醇敏感元件。     

硅基多孔氧化铝模板非水电沉积CdS纳米线的研究

纳米材料,包括尺寸为纳米量级的超细微粒?线?薄膜?量子阱和超晶格等引起了人们广泛的重视 [1,2] ?其中 , 半导体纳米微粒和由其构成的纳米固体结构开辟了材料科学研究的新领域?硫化镉 (CdS) 作为一种重要的Ⅱ - Ⅵ族无机半导体材料 , 具有独特的光电性质 , 在光电化学电池和多相光催化反应中都有广泛应用?近年来 , 已有大量关于合成 CdS 纳米结构的文献报导 [3～12] , 所采用的方法如反胶束法?单分子膜法?自组装法以及电化学沉积法等 , 其中非水电解与模板技术相结合的制备方法引起了人们高度的重视并且被广泛的采用?自从 Baranski 等在上…     

溶致液晶及其在纳米结构材料合成中的应用*

有序纳米结构材料是一类具有广泛应用前景的新材料,在分离、催化、传感器等领域的应用潜力巨大。近年来,利用溶致液晶模板合成纳米结构颗粒和薄膜材料的研究取得了一系列重要进展,包括新纳米结构金属和半导体材料的合成、由过渡金属水合物与表面活性剂构建的新液晶体系、溶致液晶与其它模板结合制备具有多级孔结构的新材料、影响液晶体系及纳米结构材料有序性与稳定性的关键因素、以及纳米结构形成机理等方面的内容。本文就上述几个方面的近期研究成果进行了总结与综述,并展望了利用溶致液晶模板合成纳米结构材料需要进一步深入开展的内容,有助于化学、化学工程和材料科学等领域的相关研究工作。     

生物纳米孔分析技术研究进展

生物纳米孔传感技术因其快速、低成本、无需荧光标记等优点,在化学和生物等诸多研究领域得到广泛应用,已发展成为一种新颖的、独具特色的单分子分析手段。该技术目前主要应用于DNA测序研究,同时在单分子分析领域也取得了令人瞩目的成就。该文简要介绍了生物纳米孔分析技术的原理和生物孔的种类,主要总结了近20年来生物纳米孔在DNA测序和单分子分析中的研究进展并予以了展望。     

纳米金刚石薄膜的扫描探针及微观场发射性能研究

纳米金刚石薄膜作为真空电子场发射器件的一种重要材料,由于其优异的物理化学性能和良好的场发射能力而日益得到广泛的研究和应用[1-2].电子场发射性能与金刚石薄膜的表面形貌、电导和电子表面态等密切相关,对其纳微结构与场发射性能之间的内在联系的研究业已引起广泛重视,一些研究表明金刚石薄膜表面存在促进场发射的导电通道或二次晶粒之间的晶界[3-4]. 本文从扫描探针技术(包括AFM、KFM、STM、STS等)入手,对纳米金刚石薄膜表面进行深入细致的分析和表征,力图阐明纳米金刚石表面导电层与其场发射性质的内在相关性.     

非硅基介孔材料和介孔复合体的合成与特性

非硅基介孔材料和介孔复合体的合成与特性;介孔固体;介孔复合体;二氧化钛薄膜;液晶模板机理     

聚合物辅助设计生长高质量多功能薄膜

随着薄膜材料的日益发展和新型薄膜材料的不断涌现,开发薄膜生长技术对于半导体和光电等科技领域的作用日益突出。本文主要介绍最近发展的聚合物辅助沉积从分子层面上控制生长高质量的薄膜材料。聚合物辅助沉积是一种生长高质量薄膜的化学水性溶液方法,将金属离子与聚合物通过络合、氢键或静电等方式形成一种均匀稳定的前驱体溶液,再经过超滤、成膜和热处理形成高质量的金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属单质、金属硫/硒化物等薄膜以及纳米粒子等化合物或复合功能材料。该方法中水溶性的聚合物能通过络合作用抑制金属离子的水解使得溶液稳定,并能精确控制薄膜的组分从而形成高质量的薄膜。该化学溶液方法的提出为科学技术领域提供了一种低成本和大面积制备薄膜的技术路线。本文最后总结和展望了聚合物辅助沉积法未来的挑战和发展方向。     

浸蚀多孔金属铝模板制备超亲水/超疏水镍阵列材料

本文论述了用一种新型的金属铝隧道孔模板制备较大面积的纳/微分级结构阵列材料。结合化学镀法在该高纯铝隧道孔模板中制备了具有微纳米阵列结构的金属镍薄膜。研究发现,制备的镍阵列薄膜材料表面呈现超亲水性,以低表面能氟硅烷修饰后,该表面变为超疏水性。     

固相纳米孔对核酸组装的“免标记、均相”表征和应用探索

随着核酸自组装领域的飞速发展,除了作为遗传信息的载体外,核酸成为了一种具有高操作自由度和无限可能性的功能材料.基于核酸自组装原理的DNA纳米技术凭借其强大的可编辑性已经广泛应用于生物传感、纳米材料工程、医学诊疗以及分子计算机等领域.纳米孔作为一种新兴的单分子分析技术具有高分辨、高通量、免标记等特点,近年来在基因测序、分子物理化学性质分析等领域展示出了极大的应用潜力.作为一种新型高分辨表征技术,纳米孔已经在DNA纳米技术研究中崭露头角,被用于原位追踪和分析核酸分子的自组装行为.另一方面,DNA纳米技术也为纳米孔传感所面临的技术瓶颈提供了更多样化的解决思路,如借助功能核酸(Aptamer或DNAzyme)和无酶扩增核酸分子线路实现纳米孔对待测物的特异性增敏检测.本专论旨在通过对近期纳米孔技术与核酸自组装的跨领域研究成果进行系统性回顾,总结并展望纳米孔传感领域内核酸自组装的研究进展,以期为单分子生物分析、信息检索、基因分型和临床诊断等领域提供新思路和新方法.     

嵌段共聚物薄膜在电化学能源领域的应用

采取选择性掺杂方法,将新型两亲性液晶嵌段共聚物薄膜功能化为具有各向异性的锂离子导电材料.这类薄膜不仅具有同轴且垂直取向的一维离子导电通道,而且可以在大面积范围内形成规则的阵列,可以作为锂离子电池、燃料电池等电化学能源系统的新型电解质.另一方面,这类薄膜作为模板可制备周期性排列的纳米孔、纳米粒子、纳米线阵列,形成的有序纳米结构材料可作为锂离子电池的三维电极.     

多孔纳米氧化铝薄膜上荧光分子光谱特性研究

通过两步电化学阳极氧化技术制备了孔径为40nm的多孔纳米阳极氧化铝材料(AAO)，在AAO薄膜上分别填充了几种有机荧光分子使其形成高度有序的有机-无机复合体发光阵列，测定了此复合体的发射光谱．结果表明，AAO薄膜对有机分子具有较强的结合能力，其结合能力来源于物理和化学的协同作用．在AAO纳米薄膜上的有机荧光分子的最大发射波长均产生了明显的蓝移现象，初步探讨了此现象的机理．有机分子填充进入高度有序的AAO纳米孔阵列之中时，有机分子的聚集形式会发生改变并且也是高度有序的，同时由于极化作用使有机分子沿着纳米孔的轴向具有相对优势的分子取向，使有机分子在AAO纳米薄膜上形成了接近单分子层的高度有序的排列方式，增强了发光效率．