微纳米纤维素功能膜在能源与环境领域的应用

探寻绿色清洁的资源与材料以维持高效的社会经济增长是未来数十年人们面临的最大挑战之一. 可持续资源与绿色材料的开发是降低传统化石能源与材料比重的最有前途的方案. 纤维素作为一种可持续发展、 可生物再生、 储量丰富且低成本的天然高分子聚合物, 在众多领域中具有广泛的应用, 并且纤维素可以加工成各种构型, 包括气凝胶、 泡沫、 海绵和薄膜等. 本文介绍了不同形态的纤维素及其衍生物组装而成的功能膜在能源与环境中的应用, 综述了微纳米纤维素及其衍生物在先进功能化储能器件方面的最新进展和制备方案, 以及在用于水处理的膜分离技术中的应用, 其中重点讨论了微纳米纤维素及其衍生物功能膜在电池、 电容器及水处理等领域中的作用, 如隔膜、 柔性电极膜和分离膜等. 此外, 还对纤维素及其衍生物功能膜的未来发展进行了总结和展望.     

不同取代位置的萘衍生两亲分子在气/液界面组装膜中的螺旋结构与圆偏振发光

Langmuir-Blodgett(LB)技术可在二维气/液界面上精确地控制分子之间的排列及堆积方式, 构建有序超薄膜及纳米组装体. 同时, 界面这一不对称环境也可有效放大组装体的手性信息, 实现超分子体系中的手性传递和手性放大. 本文研究了萘环取代位置不同的两种手性两亲分子——N,N′-双十八烷基-α-萘-L-氨基-谷氨酸二酰胺(1NLG)和N,N′-双十八烷基-β-萘-L-氨基-谷氨酸二酰胺(2NLG)在气/液界面的铺展及组装行为, 发现同分异构效应影响了两亲分子在界面的排列, 1NLG组装形成了均一的纳米带状结构, 而2NLG则形成了左手螺旋结构, 并且2NLG薄膜表现出圆偏振发光(CPL)性质, 其不对称因子(g_lum)比三维体相组装体(超分子凝胶)大23倍, 表明界面促进了超分子手性的放大.     

双功能改性的T型分子筛膜用于有机溶剂脱水

将3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）引入到T型分子筛膜表面,用以修饰多晶膜合成过程中产生的缺陷。X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和FT-IR等方法的表征结果显示,APTES通过“键合”的形式被成功地修饰到膜表面上。APTES层起到2个作用：一是提高膜的亲水性;二是减少膜层的缺陷。将修饰后的膜应用在348 K、90%的异丙醇水溶液的脱水时,该膜表现出比较高的分离因子和通量。该方法重复性良好,5个修饰后的膜样品的选择性平均增加了大约8倍（从359±23增加到2 934±183）,而渗透通量仅仅从（3.52±0.10） kg·m^-2·h^-1降低到（3.06±0.14） kg·m^-2·h^-1（减少13.07%）。在363 K下,修饰的膜经过100 h的连续测试,膜渗透测得的水含量均可达到99.50%以上,表明修饰后的膜性能较稳定。     

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略. 该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势. 本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性, 通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(PAN-sg-PNIPAM). 当温度低于低临界溶解温度(LCST)时, PNIPAM链与水分子之间的强氢键作用使得聚合物链完全伸展, 分离膜表面亲水且对油滴具有非常低的粘附力, 对油水乳液具有非常高的分离效率(达98.7%); 当温度高于LCST时, PNIPAM链失水收缩, 膜表面变得更加疏水且对油滴的粘附力显著增加, 其油水乳液分离效率显著降低, 仅为9.1%. 此外, 由于共价嵌入聚合物刷的高稳定性, 该分离膜在4 kPa压力下, 20 ℃和45 ℃之间可逆切换10个循环后, 仍能保持非常稳定的渗透通量. 本研究为发展高稳定性的智能型油水分离膜提供了一种新方法.     

大环分子衍生物在人工跨膜离子通道领域中的研究进展

大环分子如环糊精、冠醚等因具备独特的空腔结构, 能够通过主-客体相互作用实现对分子、离子的特异性识别, 因此常被应用于人工跨膜离子传输系统的研究和开发. 与天然的通道蛋白相比, 大环分子具有价格低廉、性质稳定、结构易于修饰和功能化等诸多优点, 因而备受科研工作者们的关注. 本综述详细介绍了大环分子在人工离子通道领域中的研究进展, 按照不同的大环分子进行分类, 系统归纳了基于大环结构的人工跨膜通道的制备方法、结构调控以及其在生物医药领域中的潜在应用. 最后对大环类人工离子通道做了简要的总结和展望, 该综述对于发展新型人工离子通道以及发掘其潜在的应用价值具有重要意义.     

季铵盐阴离子交换膜研究进展

近年来,阴离子交换膜燃料电池的发展受到了广泛关注。开发具有碱稳定性能优异,电导率高的阴离子交换膜(AEMs)材料成为了研究的热点。AEMs主要由聚合物骨架和阳离子基团组成,这两者是影响膜碱稳定性和电导率的重要因素。本文综述了季铵盐类阴离子交换膜聚合物骨架结构中含有醚氧键和不含醚氧键的烷基季铵盐AEMs、N-螺环季铵盐AEMs和环季铵盐AEMs的碱稳定性、电导率等性能;总结了不同骨架结构季铵盐AEMs碱稳定性的差异;分析了季铵盐的降解机理。同时对于含有季铵盐阳离子交换基团的AEMs的结构设计进行了分析和展望。     

三电极电致膜阴离子抑制器的构建

制作了一个三电极电致膜抑制器,考察了加电方式、串连电阻阻值、电极间距对改善噪声的影响。相较于传统两电极抑制器,优化得到的三电极抑制器在抑制CO_3~(2-)-淋洗液时在噪声(～2.5倍)和信噪比(2.5～3.6倍)方面皆有一定程度的改善;所得三电极抑制器稳定性好,可与离子色谱结合后检测饮料中6种常见阴离子含量。     

微流控芯片上的肿瘤组织微阵列构建

研发了一种多层复合微流控芯片,包含64细胞培养微孔阵列,该微阵列集成了细胞进样、水凝胶三维支架形成和持续灌流培养的过程.以MCF-7乳腺癌细胞为模型,连续培养中监测细胞存活率、细胞密度、增殖率和细胞内pH值,并同时进行冰冻切片后免疫组化染色.实验结果显示,乳腺癌细胞在水凝胶微球中增殖形成了类组织结构.E-cadherin及Vinculin在细胞内、细胞间隙均出现较强表达,提示水凝胶微球中细胞建立了细胞-细胞、细胞-间质连接.芯片上连续培养15天内细胞存活率保持在85％以上,细胞增殖率随时间延长而递减.细胞内pH值检测显示芯片3D培养细胞内部呈现明显的酸化,其程度随着细胞密度增大而增加.这种芯片肿瘤组织微阵列构建方法简单高效,有望发展成为肿瘤研究的有力工具.     

设计核酸适配体智能逻辑开关平台用于肿瘤细胞多参数识别及智能给药

与正常细胞相比,癌细胞通常在其表面表达与肿瘤相关的特异性标志物。通过细胞膜表面多个特异性肿瘤标志物来确定癌症细胞及其分型以达到准确诊断并治疗癌症,一直是科学家们追求的目的。最近,湖南大学化学化工学院和生物学院教授,化学生物传感与计量学国家重点实验室主任谭蔚泓领导的分子科学和分子医学实验室(MBL)利用核酸适配体作为基本的分子元件,在细胞表面构建了一种智能逻辑开关平台,依据细胞