pH-温度协同响应的纳米门控器件

自然界中的生物孔道在生命过程中具有重要的意义, 在人工制备的仿生纳米器件上模仿生物孔道的离子输运性质是一项具有挑战性的课题. 我们制备了一种基于人工聚合物薄膜的纳米门控器件,这种纳米门控器件的离子输运性质可以通过调节体系的pH和温度来调控. 通过在人工聚合物薄膜上修饰功能分子聚赖氨酸(poly-L-Lysine)得到的门控器件能够模拟生物体中生物孔道的典型离子输运行为, 其离子输运性能受体系pH的控制, 可以通过调节体系的pH而限制纳米门控器件的导通方向. 同时, 在一定pH条件下调整体系温度也能够对离子输运性能产生影响, 而在其他pH条件下, 温度则不会对体系的离子输运性能产生明显的影响, 即这种基于人工聚合物薄膜的纳米门控器件具有对pH和温度的协同响应性能.     

仿生离子通道研究进展:从一维到二维

在生物电体系中,细胞膜中层级排列的离子通道和离子泵构成集成化的纳米尺度的离子导体,它们成为生命体系能量转换的关键结构基础.从生物离子通道上获得相关启示,通过构筑一维、二维纳米孔道来模拟生物离子通道的结构和功能,实现了可控的离子传输和能量转换.本文总结了仿生离子通道从一维直通构型到二维层状构型的发展,各自的特点、材料的制备方法,以及在仿生能量转换方面的应用.二维仿生离子通道提供了一种大规模、低成本、更为高效的纳米孔道材料制造技术,向纳米孔道材料的实用化迈出了重要一步.本文还重点介绍了二维层状材料及其构筑的二维离子通道在超滤、能量转换与存储等方面的应用.     

仿生纳米通道的制备、修饰及生物分析应用

纳流控作为一种新兴技术,近年来得到了广泛关注.其产生和发展伴随着新流体现象的发现和新型器件的诞生.纳米流体中独特的物质传输性质和潜在的应用引起了广泛关注.迄今为止,纳米通道器件在DNA测序、单分子传感、能源储存与转换、离子门控等方面显示出了巨大的应用前景.本文总结了仿生纳米通道的设计与制备、纳米通道功能化修饰的策略及其在生物分析中的应用研究,并思考了仿生纳米通道的发展与面临的挑战.     

Au纳米颗粒作用下的仿生纳米通道

在自然界的生物体系中,各种各样的离子通道对物质交换、能量输运等生理过程起着重要作用.用人工制备的仿生纳米器件模仿生物孔道的离子输运性质是一项非常具有挑战性的课题.通过在对称柱形聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚合物孔道中引入非对称结构,获得了一种具有高整流比的人工纳米孔道体系.通过带正电荷的2-十一烷基-1-二硫脲乙基咪唑啉季铵盐（SUDEI）在柱形纳米孔道的单面吸附,使体系具有了非对称的电荷分布和几何结构,从而具有非线性的离子输运性质,表现出较好的门控性能.Au纳米颗粒可以与SUDEI以Au-S键稳定结合,有效地减小柱孔一端的孔径,进一步提高体系的门控比,且该纳米通道体系非对称响应离子输运有很好的稳定性.     

基于仿生智能纳米孔道的先进能源转换体系

自然界中的生命体系经过40多亿年的进化,实现了对能源的高效转换、存储和利用.特别是生物膜上的各类孔道结构在其中起着重要作用.基于仿生智能纳米通道的先进能源转换体系从生物离子通道中获取与能量转换相关的启示(例如,电鳗放电、ATP合成、视网膜、紫膜等),从原理和结构上模仿生命体系中高效能量转换的某一个侧面,通过产能材料的设计和转换器件的组装,实现机械能到电能、光能到电能、光能到化学能等不同能量形式之间的转换.我们综述了目前应用人工合成的纳米尺度孔道结构进行仿生能源转换的三个热点领域:纳米流体动能-电能转换,纳米流体反向电渗析系统和基于仿生智能纳米孔道的先进能源转换体系.基于智能纳米孔道的能源转换方法摆脱了传统发电设备所必需的机械转动装置的束缚,在可以预见的范围内,仿生产能器件的效能必将超越已有人工体系,为面向未来的能源技术的创新提供了新思路,新理论和新方法.     

电化学限域SiN_X纳米孔道检测核酸分子的研究

固体纳米孔道因其机械强度高、尺寸可控、易于表面修饰及集成化设计等优点被广泛应用于DNA、RNA和蛋白质等生物分子的检测研究.为了检测单个单链核酸分子,本研究采用电化学刻蚀法可控制备了单个SiN_X固体纳米孔道,通过SiN_X固体纳米孔道限域空间效应增强了纳米孔道与短链核酸分子之间的弱相互作用,从而实现了核酸分子的单分子水平检测.通过研究不同孔径(3.1和8.5 nm)纳米孔道与核酸分子间的弱相互作用差异,有效区分了核酸分子在限域空间内产生的过孔和碰撞两种个体行为,加深了对固体纳米孔道限域空间内核酸分子电化学行为的理解.     

人工细胞膜上天然酶与人工受体的分子间通讯

在集成的分子系统中,分子间的通讯联系是设计分子器件和分子机械的重要方式[1].在水相介质中自组装形成的脂质体可以作为分子间通讯的平台,各种分子可以依靠弱作用力,按照设计思路有组织、有计划地排布其上,构成一个功能化的超分子体,即纳米器件(nanodevice).在脂质体上模拟生物膜上发生的细胞信号转导,成为在分子和超分子水平上开发具有仿生特征的新型纳米器件的重要方法和手段,近年来成为关注的热点[2-6].     

(SBA-15)-ZnS主-客体纳米复合材料的制备与表征

本研究在SBA-15分子筛孔道中制备了纳米ZnS。Zn_{2+首先通过离子交换交换到SBA-15中,通过水热法在SBA-15分子筛孔道中制备了纳米ZnS。(SBA-15)-ZnS复合物由粉末X-线衍射,傅立叶变换红外光谱,低温氮气吸附-解析附技术,固体扩散漫反射光谱以及发光研究进行了表征。粉末X-线衍射研究说明在制备主-客体纳米复合材料中分子筛骨架未被制备过程所破坏,保持完整且结晶度仍很高。傅立叶变换红外光谱表明制备的材料骨架完好。77 K低温氮气吸附-解析附研究表明所制备的复合材料孔体积,孔尺寸以及表面积相对于SBA-15分子筛降低,证明客体ZnS已成功地组装入分子筛孔道中。所制备的纳米复合材料固体扩散漫反射吸收光谱相对于体相ZnS显示出蓝移表明,ZnS已限制在分子筛的孔道中且复合材料中分子筛的孔道对ZnS具有明显的立体限域效应,ZnS成功地组装在SBA-15分子筛的孔道中。发光研究表明,(SBA-15)-ZnS样品出现明显发光现象。主-客体复合材料具有良好的发光性能,有望在发光材料领域中获得应用。}     

单个体矢量性特征的固体纳米孔道分析研究

固体纳米孔道作为一种高灵敏的单分子检测技术,由于其机械强度高、尺寸可控、易于阵列化集成等方面的显著优势,已经被广泛应用于DNA,蛋白质以及聚合物等小分子的检测.具有矢量性特征的各向异性单个体在纳米孔道中的穿孔行为对具有空间限域效应的纳米孔道离子流特征信号具有显著影响.为解析单个体矢量性特征对纳米孔道分析的影响,本工作利用氮化硅固态纳米孔道,以单个纳米金棒为各向异性的单个体模型,实时观测了其在孔道中的迁移行为.研究发现当纳米金棒穿过纳米孔道时,产生两种不同阻断程度的特征电流信号,通过对电流信号事件的解析,实时获取了具有矢量特征的金棒所导致的两种特征过孔事件;进一步,建立了离子电流模型,分别对这两种各向异性的穿孔事件机制进行了验证.     

纳米孔道动电效应能量转换系统的前沿研究进展

可再生清洁能源的开发和利用对人类社会的可持续发展具有重要意义。 基于动电效应的纳米孔道能量转换系统将流体机械能转化为电能,有望应用于微型电源部件、自驱动纳米机器、微机电体系等领域,为清洁能源发电系统的开发提供了全新的选择。 纳米孔道中的机械能-电能转换过程涉及固体孔道与流体界面间的相互作用,合理设计孔道界面的微观结构,对其进行化学修饰及探讨界面间的相互作用,是提高能量转换效率和输出功率的关键。 近年来,随着纳米技术的迅猛发展及人们对界面物理化学的深入研究,纳米孔道结构和纳流体发电体系能被更精准地设计和集成。 本文主要介绍了基于动电效应的纳米孔道能量转换系统的基本概念,重点关注了纳米孔道中动电效应的最新研究进展,并对该领域进行了展望,为纳米孔道动电效应能量转换系统、纳米发电机、自驱动纳米机器、可穿戴器件等领域的进一步发展和应用提供参考。     

异质膜纳米通道的构建及其应用研究

从生物体离子通道中得到启发,研究人员开发了一系列仿生纳米通道,通过对内外表面的化学修饰,实现了在仿生纳米通道受限空间内离子转运的智能调控.目前的研究主要集中在均质膜方向,均质膜单一的结构和功能限制了其进一步发展,研发制备过程简单、稳定性好和功能多样的异质膜逐渐成为研究热点.与均质膜相比,异质膜被赋予单独使用均质膜时无法...     

BaLiF_3∶Ce~(3+)纳米粒子的制备及其光谱特性

BaLiF3属立方钙钛矿型复合氟化物,作为高效闪烁晶体可用于热中子检测[1].由于其能带隙宽,易于实现各种不同价态稀土离子掺杂,可以获得许多可调谐性质,因此它也是比较理想的光学功能材料的基质[2].Ce3+激活的BaLiF3晶体作为紫外发射的短波固体激光材料和光放大材料的研究多有报道[3~5].Ce3+的发射特性强烈依赖于基质晶体结构[6,7].氟化物基质中氧杂质的含量是影响光谱性质的重要因素[8].为了寻找氧含量低、发射波长更短、可调谐范围更宽的激光材料,本工作制备了BaLiF3∶Ce3+纳米晶,获得了一些新的有意义的实验结果.如果将其引入合适的聚…     

简易制备高整流比的异质纳米通道

生命体内的离子通道在各种生物功能调节过程及生命活动中具有重要的意义.模仿生物孔道的离子输运性质,构筑人工纳米通道,并研究人工纳米通道的离子输运性质是一项具有重大意义的研究课题.本文通过双面阳极氧化和原位扩孔结合的方法制备了对称结构的沙漏形氧化铝纳米通道.通过在对称结构的沙漏形氧化铝（AAO）纳米通道一侧粘贴一层透明胶带,经过热处理后,获得了一种具有高整流比的有机-无机异质纳米通道.基于非对称的结构和电荷分布,氧化铝纳米通道与有机纳米通道在复合区域形成异质结构.由于多孔AAO纳米通道和有机纳米通道的协同效应,异质纳米通道表现出独特的纳米流体二极管特性,即在比较宽的pH范围内具有单一的整流方向.在该体系中,氧化铝纳米通道内壁的羟基和有机纳米通道内壁的羧基在不同pH值下所带电荷性质不同,使异质结构纳米通道内壁表面电荷的性质和电荷密度发生改变,可以通过调节体系的pH来调控通道内的离子传输.     

离子液体限域于硅胶纳米孔道中的电化学行为研究(英文)

通过溶胶-凝胶法制备了硅胶包载咪唑类离子液体修饰电极,研究其与体相离子液体不同的伏安行为;另一方面,制备不同离子液体含量为15% ~ 28%的包载离子液体硅胶和涂覆离子液体硅胶,用电化学阻抗研究其在20 ^oC到80 ^oC下电导率的变化情况. 异常的电化学行为主要表现在：1)硅胶包载离子液体导致Fc/Fc⁺电对的半波电位正移63.5 ~ 200 mV;2)当离子液体限域于硅胶纳米孔道中时,离子液体的电化学稳定性变差;3)包载离子液体硅胶的电导率要比涂覆离子液体的电导率高29.6% ~ 136%. 由此推断,可能是由于离子液体充满硅胶孔腔和孔道从而形成了纳米网状的离子液体导电介质. 这些结果表明,硅胶包载离子液体不仅可以作为修饰电极的优良载体,而且也有助于理解离子液体限域于硅胶纳米孔道中的限域效应.     

低温热处理制备石墨烯-氧化钴及其超级电容性能

采用简单的水热法制备出功能化石墨烯与CoOOH的复合物,再通过低温热处理得到功能化石墨烯-Co3O4复合材料;采用扫描电子显微镜分析了样品的形貌;测定了其电化学性能和氮气吸脱附行为.结果表明,Co3O4粒子很好地负载在石墨烯片层之间和表面;形成的复合物具有纳米孔道结构,这些纳米孔道结构有利于电解液离子的传输;而石墨烯良好的导电性有利于电子传递和提高Co3O4粒子的电容贡献值.与此同时,复合物在充放电电流密度为1A/g时的电容达320F/g,表现出优异的超电容性能.     

Aerolysin纳米孔道对寡聚核苷酸的高灵敏单分子检测

自纳米孔道单分子电化学技术提出以来,为了构建性能良好的纳米孔道,研究人员一直在寻找不同的孔道材料. 本研究探索了Aerolysin生物纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面的可能性. 实验结果表明,与常用的α-溶血素纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面表现出更强的空间和时间分辨能力. 三个碱基长度的寡聚核苷酸可对Aerolysin纳米孔道造成约为40%的电流阻断. 阻断时间表现出电压相关性,随电压的升高而减小. 与其他生物纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道无需任何基因突变、化学修饰即可实现对单个寡聚核苷酸的超灵敏分析. 未来,Aerolysin纳米孔道将有可能应用于DNA损伤检测、microRNA分析以及其他基于纳米孔道的单分子分析检测.     

Aerolysin蛋白纳米孔道直接检测单个DNA碱基修饰

基于Aerolysin生物膜通道蛋白的纳米孔道电化学分析技术,因其高的电化学空间限域能力可实现超灵敏DNA单分子检测。本文利用单个Aerolysin纳米孔道在无需标记、无需扩增的条件下直接分辨3种具有单个碱基差异的单链DNA。实验结果显示,具有单个炔基侧链基团修饰的单个ss DNA在限域空间内与Aerol-ysin纳米孔道的相互作用时间较未修饰的ss DNA增长近7倍,电流阻断程度增大7%,且高斯峰半峰宽减小了44%,增强了Aerolysin纳米孔道对单个DNA分子的分辨能力。研究成果有望推动Aerolysin纳米孔在DNA直接测序及表观遗传修饰检测中的应用。     

纳米MCM-41组装DBC-偶氮胂的研究

以纳米MCM-41孔道为模版,组装制备了二溴对氯偶氮胂(DBC-ASA)纳米簇合物。采用化学分析、粉末X-射线衍射、77 K N2吸附-解吸附、红外光谱、固体扩散漫反射光谱及发光光谱表征了制备的(MCM-41)-(DBC-ASA)主-客体纳米复合材料。结果表明,DBC-ASA成功地组装在了主体MCM-41中,并且处于主体分子筛材料的纳米孔道中。(MCM-41)-(DBC-ASA)纳米复合材料具有作为发光材料的应用前景。     

高分子固体电解质研究进展

评述了高分子固体电解质（ＳＰＥ）的形成、分类、应用及离子传输机理的研究,并结合有关ＳＰＥ新材料制备、ＰＥＯ／盐络合物晶体结构全测定、离子传输机理探索及电化学器件应用等方面的最新报道对ＳＰＥ未来研究方向进行展望．全文引用８４篇文献．     

高分子因体电解质研究进展

评述了高分子固体电解质的形成，分类，应用及离子传输机理的研究，并结合有关ＳＰＥ新材料制备、ＰＥＯ／盐络合物晶体结合全测定，离子传输机理探索及电化学器件应用等方面的最新报道对ＳＰＥ未来研究方向进行展望。全文引用８４篇文献。