微图案化钙磷盐膜层的电化学构筑及其生物性能

基于表面分子自组装和光催化转印技术,在TiO2膜层表面获得超亲/超疏水阵列微图案模板,结合电化学沉积技术,成功制备了微图案化钙磷盐膜(CaP)层.扫描电子显微镜(SEM)和电子探针分析(EPMA)结果表明,通过超亲/超疏水阵列微图案模板可构筑高空间分辨的微图案化钙磷盐膜层.微图案化钙磷盐膜层的体外MG-63细胞培养证实,细胞对钙磷盐膜层微单元有强烈的选择性粘附作用,从而可望控制细胞在微单元中的贴壁生长,实现高通量评价细胞行为.     

特殊浸润性表面的液滴凝结

以铝片为基底, 经电化学腐蚀和沸水处理制备了多级微纳米结构; 通过气相沉积和涂油分别制备了超疏水表面、 疏水超润滑(slippery)表面和亲水slippery表面; 探究了表面不同的特殊浸润性(超亲水、 超疏水、 疏水slippery和亲水slippery)对液滴凝结的影响. 结果表明, 超亲水表面的液滴凝结属于膜状冷凝, 超疏水表面和slippery表面的液滴凝结均属于滴状冷凝. 超疏水表面液滴合并时, 合并的液滴会不定向弹离表面. 疏水slippery表面和亲水slippery表面由于表面浸润性的不同导致液滴成核密度和液滴合并的差异, 亲水slippery表面凝结液滴的最大体积远大于疏水slippery表面凝结液滴的最大体积. 4种表面的雾气收集效率由大到小依次为亲水slippery表面>疏水slippery表面>超亲水表面>超疏水表面.     

液相法制备具有双尺寸粗糙度的超疏水铜表面

基于简单的液相法,以硫代硫酸钠和氯化铜为原料在铜片表面上构筑了具有微/纳米双尺寸粗糙度的硫化铜膜.用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线(EDX)光谱仪及光学视频接触角仪对处理前后的铜表面进行了表征和分析.处理后的超亲水铜表面经硬脂酸修饰后具有超疏水效应,静态接触角高达161°,5μL水滴滚动角低至2.5°左右.超疏水性能归因于表面具有双尺寸粗糙度和低表面能的硬脂酸.该方法简单,无需复杂制备过程和苛刻设备,所得超疏水铜表面具有优异的不粘附性、长时间储存的稳定性和一定的耐摩擦性能.     

基于三维纳米银修饰电极的硝酸根微型传感芯片研究

研制一种基于金叉指微电极阵列(IDA)的电流型硝酸根离子(NO-3)微传感电极芯片.基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备金IDA微电极,通过电化学沉积技术在IDA微电极表面修饰三维枝状结构纳米银敏感膜,利用敏感膜对硝酸根离子良好的电催化还原性能,采用脉冲方波伏安(SWV)电化学测量方法,实现对硝酸根离子在25～1000μmol/L浓度范围内的快速检测,灵敏度达9.5 nA/(μmol/L),线性度为99.98%,检测下限为10μmol/L.考察水体中常见的NO-2,F-,3PO 4-,SO 42-,2CO3-,NH+4,Na+和K+等离子对该传感芯片的干扰性能,传感芯片表现出较好的抗干扰性能.制备的三维枝状结构纳米银修饰IDA微电极可实现水环境(pH 5.0～9.0)中NO-3的电化学检测,对应用于自然水环境中硝酸根离子的现场检测具有积极意义.     

基于表面活性剂单分子层修饰碳糊电极的一氧化氮电化学传感器及其应用

报道了一种表面活性剂单分子层修饰碳糊电极,并用于NO的高灵敏电化学检测。研究表明,表面活性剂通过烷基链在电极表面形成的疏水性单分子层微环境对NO的电化学响应具有较好的促进作用。其中,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对NO的电化学氧化表现出最强的催化活性和增敏作用。在Nafion膜覆盖的CTAB修饰碳糊电极上,NO的安培响应与其浓度在3.6×10-8～1.8×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为1.8×10-8mol/L。该电极作为低成本、高灵敏的NO电化学传感器,被成功应用于大鼠肺组织细胞中NO释放的实时监测。     

一种用于核酸高灵敏检测的液滴式数字聚合酶链式反应芯片

为了实现对核酸的高灵敏度检测,构建了一种新型的液滴式数字聚合酶链式反应(dd PCR)芯片.该芯片由产生液滴的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模块和储存液滴的玻璃腔室构成.实验结果表明,该芯片可以在25 min内产生2×106个直径为20μm的微液滴(体积4.187 p L).利用该芯片定量检测了表皮生长因子受体(EGFR)基因第19号外显子,在DNA浓度为106~101copies/μL范围内呈现良好的线性关系(R2=0.9998);在浓度为106copies/μL的19号外显子野生型DNA中检测105~100copies/μL的突变型DNA,其检测敏感度可达到0.0001%.该方法在同一芯片上实现了液滴产生、核酸扩增和荧光信号读取的功能,在核酸绝对定量及痕量突变基因的检测中具有潜在应用前景.     

基于荧光素标记的DNA-Cu(Ⅱ)络合物的荧光增强型氰根离子传感器

利用铜离子与荧光素标记的寡核苷酸链、氰根离子结合能力的差异,发展了一种水相中氰根离子检测的新方法.研究表明,该检测方法可以较灵敏地检测水相中的氰根离子,其检测下限达到0.02μmol/L,且具有较好的选择性和潜在的实际应用价值.     

直接浸泡法构筑纯铜的超疏水表面

以棕榈酸-乙醇溶液为疏水剂,利用直接浸泡法在纯铜表面上构筑了超疏水薄膜。 纯铜表面超疏水薄膜的最佳制备条件为：0.03 mol/L棕榈酸-乙醇溶液,室温（20～22 ℃）,浸泡144 h。 通过扫描电子显微镜、接触角测量仪、红外光谱仪和高精密电子天平对超疏水表面进行了表征和分析。 实验结果表明,纯铜试样表面形成了100～200 μm大小的草状棕榈酸铜微簇,接触角达到了150°,其具有较好的抗结垢性能。     

基于电流脉冲沉积法的硝酸根微传感器研究

基于微加工技术(Microfabrication technology)制备微传感电极并进行电化学表面修饰,研制出一种用于水体中NO#3浓度检测的电化学微传感器。微传感器以两电极传感芯片为信号转换部件,使用电流脉冲沉积法在铂质工作电极表面制备微观形貌呈枝簇状的铜质敏感材料,利用铜质材料对酸性溶液中NO#3的电催化还原特性,测量还原电流的大小,实现对NO#3浓度的检测。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)技术对敏感膜进行表征和监测,探索高活性铜质敏感膜的制备方法;使用微传感器对硝酸盐标准样品进行检测,在低浓度范围(12.5~200μmol/L),响应灵敏度为0.1422μA/(μmol/L);高浓度范围(200~3000μmol/L),响应灵敏度为0.0984μA/(μmol/L),均表现出较高的检测灵敏度;使用微传感器对北京等地的实际湖库水样进行检测,结果与专业水质检测机构采用紫外分光光度法的测试结果偏差在#3.9%~15.4%之间,两者具有一定的相关性,表明微传感器能够用于实际水样中NO#3浓度的测量。     

基于碳纳米管的免标记型电化学适体传感器检测腺苷

以固定在玻碳电极表面的羧基化的单壁碳纳米管(SWCNTs)作为适体固定平台,使其与腺苷适体进行酰胺化反应,使得适体附着于SWCNTs上,通过封闭剂(PEG)掩蔽电极表面的空白位点。当引入腺苷后,腺苷适体和腺苷形成G-四面体结构,根据阻抗强度值的变化实现对腺苷的高灵敏检测。传感器在优化的条件下,检测腺苷的线性范围为5. 0 pmol/L～0. 5μmol/L,检出限为1. 0 pmol/L。该检测方法无需加入电活性信号物质,具有简单、高灵敏和高特异性等优点,可以扩展应用到构建其他生物小分子和金属离子的传感器中。     

超疏水性聚二甲基硅氧烷膜的制备及其表面吸附性研究

采用简单的激光刻蚀方法制备了具有类“菜花”状多级结构的粗糙聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜, 并用CCD与高敏感性微电力学天平观察和测量PDMS表面对水的吸附情况. 结果表明, 该膜表面具有超疏水性, 同时对水滴具有超低的吸附力. 还对其表面特殊多级结构产生的机理进行了分析, 并探讨了在化学组成和表面结构对超疏水性以及吸附性产生的影响.     

聚合物层状组装膜

介绍了近几年来我们研究组在层状组装膜的构筑以及功能化研究方面取得的一些最新进展.包括结合表面溶胶-凝胶技术与静电层状组装技术,实现了二阶非线性基团在层状组装多层膜中的非对称排列,制备了具有二阶非线性效应的膜材料;采用室温压印技术,发展了一种简便、经济和具有普适性的层状组装聚合物膜图案化方法;以轻度交联的聚合物微凝胶为构筑基元,制备了具有高负载量的聚合物层状组装膜;发展了一种基于离子剥离技术的层状组装自支持膜制备方法;基于层状组装技术,制备了具有超疏水和抗反射功能的涂层.     

多壁碳纳米管修饰金膜电极的制备及其在血清As(Ⅲ)测定中的应用

报道了一种可抛弃型血砷电化学传感器的制备方法。该传感器以投影胶片(PET)作为载体,基于原位生长的方法,制备具有良好电化学性能的柔性Au膜基底电极,然后采用简单的滴涂成膜方法在其表面修饰多壁碳纳米管(MWCNTs)。在3mol/L HCl中,所制备的MWCNTs修饰Au膜电极对As(Ⅲ)的电化学氧化表现出灵敏的响应。在优化检测条件下,As(Ⅲ)在0.16V处的氧化峰电流与其浓度在20~100μg/L范围内呈现良好的线性关系,其检测限可达10μg/L。该血砷电化学传感器具有良好的重现性和稳定性,已成功应用于临床血样中As(Ⅲ)的直接电化学检测。     

二氧化钛纳米粒多孔膜增敏的石英微天平传感器

TiO2纳米粒形成的纳微多孔膜具有比表面积高、透性好的特点。采用TiO2纳微多孔膜作为基体，可将β-环糊精有效地固定在石英微天平表面，与聚苯乙烯包裹β-环糊精的涂层相比，检测对硝基酚的灵敏度提高了12倍。β-环糊精/TiO2纳米粒多孔膜修饰的石英微天平传感器对邻、间、对硝基酚3种异构体具有选择性响应。在pH11、浓度范围0.6-20μmol/L内，其斜率分别是对硝基酚k=71.9Hz/μmol、邻硝基酚49.1HzL/μmol、间硝基酚2.8Hz/μmol。TiO2纳米粒涂层为提高石英微天平传感器的灵敏度和缩短响应时间提供了一个新方法。     

仿生超疏水表面的抗冷凝失效研究进展

在存在一定过冷度或蒸汽过饱和度的条件下,水蒸汽可在固体表面凝结成核.随着过冷度增大,液滴成核半径将随之减小,冷凝液滴的生长融合将无法避免地发生在超疏水表面不可或缺的微/纳米结构内.若液滴不能及时排出,则会滞留在表面结构内并挤出空气,形成局部浸润,导致材料表面的超疏水性能下降或失效,甚至引起泛洪.本文首先总结了表面因冷凝...     

花生叶表面的高黏附超疏水特性研究及其仿生制备

花生是一种常见的豆科作物.与低黏附超疏水的荷叶不同,花生叶表面同时具有超疏水和高黏附特性.水滴在花生叶表面的接触角为151±2°,显示出超疏水特性.此外,水滴可以牢固地附着在花生叶表面,将花生叶翻转90°甚至180°,水滴均不会从表面滚落,显示了良好的黏附性(黏附力超过80μN).研究发现,花生叶表面呈现微纳米多级结构,丘陵状微米结构表面具有无规则排列的纳米结构.花生叶表面特殊的微纳米多尺度结构是其表面呈现高黏附超疏水特性的关键因素.结合实验数据,对花生叶表面特殊浸润性机理进行了简要阐述.受此启发,利用聚二甲基硅氧烷复形得到了与花生叶表面微结构类似的高黏附疏水表面.本文以期为仿生制备高黏附超疏水表面提供新思路.     

纳米金颗粒增强信号的表面等离子体共振生物传感器用于甲氧檗因高灵敏检测的研究

报道了一种基于表面等离子体共振(SPR)生物传感器的高灵敏检测抗癌药物甲氧檗因的新方法. 分别在纳米金颗粒和金膜表面修饰富含腺嘌呤(A)的DNA链, 当存在甲氧檗因时, 由于一个甲氧檗因分子可与4个A碱基相结合, 从而使得修饰在纳米金颗粒和金膜表面的DNA形成稳定的双链结构, 进而将功能化纳米金颗粒捕获在金膜表面. 由于纳米金颗粒与金膜之间的电场耦合效应可增强SPR信号, 从而可实现对小分子甲氧檗因的高灵敏、特异性检测. 本方法的检测下限低至0.07 pmol/L, 相对比色法和荧光法而言, 降低了约5～6个数量级. 以4种药物(盐酸小檗碱、青霉素G、硫酸庆大霉素、5-氟尿嘧啶)作为对照考察了该传感器的选择性, 结果表明该传感器具有较好的选择性.     

用含氟丙烯酸酯无规共聚物制备超疏水膜

用微乳液聚合法制备了丙烯酸全氟烷基乙酯和甲基丙烯酸甲酯的无规共聚物,并对其进行了表征.采用溶剂挥发成膜法一步制备了具有超疏水性的该聚合物膜,水滴在该聚合物膜上的静态接触角可达151°~160°,滚动角小于3°.通过扫描电子显微镜观察发现该聚合物膜表面分布了许多乳突状突起和微孔洞,并具有微米和纳米尺度相结合的复合杂化结构.该类超疏水表面的形成是由适度粗糙的表面和低表面能相互结合引起的.探讨了该类超疏水膜的形成机理.     

高黏附性超疏水表面的研究进展

黏附性是超疏水表面的一个重要特性,随着对超疏水表面研究的深入,具有响应特性的智能超疏水表面引起了人们的极大兴趣,而能够作为“机械手”抓取液滴的具有高黏附性的超疏水表面自然成为关注对象。 本文讨论了表面形貌和表面化学组成对超疏水表面黏附性的影响,综述了近年来高黏附性超疏水表面制备方面的研究进展,并对高黏附性超疏水表面未来的研究方向做出了展望。     

基于铂纳米颗粒电沉积镁铝水滑石修饰电极的电化学葡萄糖生物传感器

采用成核/晶化隔离法合成了镁铝水滑石纳米颗粒,将其修饰到氧化铟锡导电玻璃电极表面;在此修饰电极基础上,利用电沉积还原氯铂酸盐法制备了铂纳米颗粒/水滑石复合修饰电极.由于水滑石层板表面的外限域作用有效抑制了铂纳米颗粒的聚集,使该电极对过氧化氢具有较好的电催化性能.基于镁铝水滑石良好的生物相容性,将葡萄糖氧化酶进一步修饰到该电极表面,实现了对葡萄糖高灵敏的电化学检测,检出限(S/N=3)达1.0μmol/L.