多功能超润湿材料的设计制备与应用

仿生超润湿材料是指类似自然界中生命体具有的特殊浸润界面性质的一类材料。近20年来,研究人员通过模仿自然,揭示了一系列超润湿界面材料的构建机理,设计制备了多种仿生超润湿材料,并将这些具有特殊表面浸润性能的材料拓展应用到了国防、军工、航空航天、建筑、农业、医疗、海洋防污等众多领域。本文首先介绍表面润湿现象的基础理论,接着从仿生的角度出发,介绍了以仿荷叶、鱼鳞、沙漠甲虫、猪笼草为代表的几种拥有不同表面浸润性能的材料,并总结了这几种材料的仿生设计原理、结构与性能的关系以及所面临的问题。综述了近年来仿生超润湿材料在防污抗菌、防雾防霜防覆冰、油水分离等方面的应用进展,最后展望了仿生超润湿材料的发展方向。     

水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的研究进展

水下超疏油表面由于在防污材料、微流控技术、生物粘附等方面具有广泛的应用前景,已经引起人们的普遍关注。本文简单介绍了浸润性在液相体系的相关概念及基础理论,综述了自然界中的水下超疏油低粘附生物体典型实例以及水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的仿生制备和智能调控,并对水下超疏油仿生界面材料的发展进行了展望。     

新型生物传感器可提高检测灵敏度

中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器,用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测,相关工作已于不久前     

仿生多微纳米梯度界面的液滴动态行为调控

对液滴在界面上动态行为的研究是化学和材料领域的一个重要方向,许多先进的表面和界面技术,比如集水、防覆冰、防雾、微流体控制和传热等,均属于这一范畴.通过模仿自然界中具有特殊微纳米结构和特定化学组成的生物表面,设计并构筑相应具有特殊浸润性的仿生界面,对仿生界面材料的技术应用起到了良好的先导与示范作用.本文结合本课题组的研究...     

高效集水仿生超浸润材料的研究进展

有效地收集空气中的雾气是缓解缺水危机的一种方法.近年来,可雾水收集的仿生超浸润材料受到了广泛的关注.通过进一步研究雾水收集过程中的液滴动态运输行为,为设计并构筑多功能仿生超浸润材料提供指导.本综述详细地总结了自然界典型的雾水收集现象,并对液滴在不同润湿性材料表面的动态运输行为进行了分类.从单一仿生到多重仿生出发,系统介...     

超亲水/超疏气电解水催化剂的研究进展

电解水制氢是一种环保、简便且易于操控的制氢技术。工业化电解水制氢通常在高电流密度下进行,在制氢过程中会产生大量气泡,而气泡在电极表面聚集粘附会覆盖大量活性位点,导致电解水效率降低。因此,调控气体扩散行为对于工业电解水应用来说至关重要。近年来,超浸润材料因为其独特的润湿性能而备受关注。通过控制催化剂表面的化学组成和多尺度微纳米结构可以构建出超浸润界面材料。此类材料具有超亲水/超疏气的界面结构,有助于水相电解液的有效浸润和原位生成气泡的快速释放,从而提升催化剂的水电解性能。系统介绍了2014年至2023年期间报道的部分具有超亲水/超疏气界面结构的电解水催化剂的现状,概述其材料的合成设计策略和水电解催化性能,并对超浸润水电解催化剂的研究现状、面临的挑战和应用前景进行了总结和展望。     

纳米材料在电化学生物传感器中的应用及纳米仿生界面的构建

对1995～2011年间各种纳米材料,包括金属纳米粒子、量子点纳米材料、碳纳米材料、复合纳米材料等在电化学生物传感器中的应用及纳米仿生界面的构建进行了综述。     

抗污界面构建及其电化学生物传感应用进展

电化学生物传感器具有灵敏度高、便携性好、响应快速和易于集成等优点,在临床检测方面有很大应用潜力,并在可穿戴健康监测领域得到了快速发展。但在实际临床生物样本检测中,非靶标生物物质会在电极表面产生非特异性吸附（即生物污染）,影响了电化学生物传感器的性能。因此,构建具有防污染能力的传感界面（抗污界面）,防止非靶标物质吸附到电极表面,对于扩大电化学生物传感器的实际应用范围,实现在复杂生物样本中的检测至关重要。本文概述了物理、化学和生物抗污电极界面的构建及其在临床相关生物标志物检测中的应用,为电化学生物传感器实际应用性能的提升提供技术参考,并通过对界面抗污原理和存在问题的探讨,对抗污界面发展前景和未来趋势予以展望。     

浸润性可调的导电聚苯胺/聚丙烯腈同轴纳米纤维

聚苯胺(PANI)因其具有可调的导电性、优异的化学稳定性、简单的制备方法等特点, 在化学电源、抗静电涂层、电磁屏蔽材料、抗腐蚀、传感器等领域具有广泛的应用前景[^1~4]. 由于聚苯胺的刚性分子链使得聚苯胺几乎不溶不熔, 难以加工应用, 因此, 将导电聚合物直接制成纳米纤维一直是合成纤维界所希望的目标之一. 此外, 由于材料尺度的减小, 使纳米材料的表面与界面性质,尤其是表面浸润性变得更为突出.浸润性是固体表面的重要特征之一, 它主要由表面的化学组成和微观结构共同决定^[5,6]. 可调的浸润性在超疏水材料、药物传输、仿生材料和微流体等领域具有重要的应用价值^[7~10] , 引起人们广泛关注.     

超亲水表面制备方法及其应用

特殊浸润性表面由于其独特的浸润行为在液体输送、涂料、防水、建筑和医用材料等领域都有着重要的应用。作为一种典型的特殊浸润性表面,超亲水表面（与水的接触角接近于0°）具有防雾和自清洁的功能,在工业生产和实际生活中具有广泛的应用。本文总结了近年来超亲水表面的制备方法以及与超亲水性密切相关的其他特殊浸润性表面的研究进展,包括超...     

低表面能化合物在超浸润材料中的应用

近年来,由于超浸润材料在自清洁、微流体传输和生物相容性等方面的潜在应用,具有极端润湿性的超浸润材料成为了材料领域的一个研究热点。研究表明,除材料表面微纳米结构的构筑外,材料表面能的控制也是制备超浸润材料的另一关键因素。随着对超浸润材料润湿性机理研究的深入,许多不同结构不同类型的低表面能化合物也越来越多地被应用于超浸润材料的制备中。本文从分子结构、化合物类型等角度出发,综述了超浸润材料制备中所大量应用的低表面能化合物,并归纳了pH值、温度、浓度及溶剂等因素对材料低表面能化的影响,总结了低表面能化合物在提高机械强度、制备润湿性转换材料和不同浸润性修饰中的选择和应用情况,最后提出了低表面能化合物应用的一些不足之处并对其发展方向进行了展望。     

胶体光子晶体膜的超浸润性研究进展

近年来,由于具有特殊浸润性的胶体光子晶体膜在传感、检测、催化等方面的重要应用,胶体光子晶体膜的超浸润研究受到科研工作者的广泛关注.本文阐述了包括超亲液、超疏液、两亲性、梯度浸润性、可调控浸润性、图案浸润性等具有特殊浸润性光子晶体膜的制备及其相关应用,并讨论疏水、超疏水和亲-疏图案不同浸润性基底对所制备胶体光子晶体膜的功能性及其相关应用的影响.该工作对于发展新型功能型材料器件的制备具有重要的借鉴及指导意义.     

超浸润油水分离材料的研究进展

海洋石油泄露和工业废水违规排放造成了严重的环境和生态污染。近年来,受荷叶、水黾、鲨鱼等动植物组织结构的启发,超浸润材料的设计与开发成为当前研究的热点之一,在油水分离领域展现出十分重要的实际应用价值。本文首先介绍了表面浸润性的基本理论,然后综述了近年来包括超疏水型、超亲水型、Janus型以及功能型超浸润油水分离材料的研究进展,最后总结了目前该领域存在的一些问题,并指出利用简单环保的方法开发出低成本、耐久性和高效分离能力的超浸润油水分离材料将会是该领域的主要发展方向。     

检测大肠杆菌的免疫生物传感器研究进展

大肠杆菌是人体内常见的食源性致病菌,对其检测极为重要。免疫生物传感器技术作为目前研究较热的一种技术,在大肠杆菌的检测方面有不错的进展。本文综述了电化学、光学、压电等类型免疫传感器近十年的研究进展,从检测原理、抗体固定方式、修饰材料、检测能力等方面进行了综述,并对各自的优劣势进行了讨论,对免疫传感器的发展趋势进行了总结与展望。     

仿生无机纳米材料改造生物体的研究进展

在进化的过程中,生物体学会了利用材料来改造自身以适应环境的变化。自然界中的一些生物体可以通过生物矿化合成无机纳米材料为自己提供保护或其他特殊功能。但是自然界中还有部分生物体不具备生物矿化功能,受到自然界生物体利用纳米材料的启发,科学家们开始尝试通过人工赋予生物体纳米材料来对其进行改造。本文就基于生物-材料界面复合技术的纳米材料对生物体的改造,依次从调控机制、改造方法、功能应用等方面做了系统的阐述,重点介绍了通过仿生矿化对生物体进行纳米改造的研究进展,对仿生无机纳米材料改造生物体的领域现状做了分析和总结,并且对该领域的发展前景进行了展望。     

绿色环保特殊浸润性纺织品的前沿进展

介绍了仿生超疏表面的工作机制以及疏水整理液的发展, 系统综述了近10年来特殊浸润性在开拓多功能绿色纺织领域的研究进展, 讨论了双面超疏、 超疏/超亲、 图案化及可响应浸润性纺织品的制备技术及应用, 介绍近几年在纺织品疏水化功能改性方面取得的前瞻性工作, 包括自清洁防污、 油水分离、 机械耐久、 图案化、 自修复、 单向运输等, 特别是在智能响应、 电子可穿戴、 能源等新兴领域方面的应用. 最后, 对超疏水纺织功能材料目前所面临的挑战及未来发展的方向进行了展望.     

仿生超疏水性表面的生物应用

自然给科学家和工程师带来仿生的灵感和启发. 近年来, 受自然界中荷叶的启发, 在充分考虑表面形貌和化学组成协同效应的基础上, 人们已经制备出许多仿生超疏水性表面, 这些表面在抗结冰、微流体、生物相容性等领域具有很多潜在的应用价值. 仿生超疏水性表面在生物领域的应用逐渐崭露头角, 研究发现, 超疏水性表面所俘获的空气能够减缓药物释放的速率, 因此利用此类表面作为药物的载体有望实现长期供药. 超疏水特性能在一定程度改善和提高生物体与材料表面之间的相互作用, 例如, 血小板几乎不在超疏水表面上进行粘附和活化避免了造成血栓和血凝, 因此仿生超疏水性表面可用于制备人造血管和与血液相接触的仪器. 细胞和生物分子在不同特殊润湿性表面具有不同的行为和现象, 如粘附、繁殖、吸附等差异, 这有助于进一步探索研究细胞和生物分子的信息功能, 是当前仿生超疏水性表面应用的重要研究方向之一. 本综述简单介绍了经典的润湿模型, 重点总结了仿生超疏水表面在生物领域的应用, 其主要包括控制药物释放、提高血液相容性、蛋白质吸附研究、细胞行为研究、生物分子和细胞微图案化等. 最后, 对仿生超疏水性表面在生物领域研究应用进行了展望.     

粘性水凝胶的发展及应用

本文系统介绍了近年来粘性水凝胶相关研究的最新进展,并从结构仿生、材料仿生、原理仿生方面细致梳理了典型案例的设计理念,总结概括了粘性水凝胶在可穿戴传感器、生物医用材料、执行器机器人、吸附分离等领域的应用。在此基础上,探讨了粘性水凝胶现存的挑战,并展望了其在亚微米颗粒的吸附分离、痕量爆炸物颗粒原位采样检测等方面将有蓬勃发展,为粘性水凝胶的创新设计及实际应用提供指导和参考。     

《生物兼容性电极购置及应用》

具备生物兼容性的电极可改善生物分子在电极界面的有序分布与活性的保持，是研究生物分子电荷传递行为的有效场所。该书引人了一些新的途径和材料购置高生物兼容性的电极界面不仅有助于人们深人认识生物分子的结构与功能之间的关系，而且对于丰富化学修饰电极技术与理论、进一步开发仿生器件都具有重要意义。该书介绍了各类生物兼容性电极的制备新技术和应用实例，是作者近年来从事生物电化学领域研究工作的积累和总结。该书可供大专院校化学、生物等专业高年级本科生、研究生和科研人员参考阅读。     

框架核酸辅助的仿生膜构建

仿生膜的构建有利于了解并掌握生物膜的功能及其机理, 同时对其在生命医学及疾病诊断等相关领域的应用具有重要意义. 以框架核酸为组装单元, 构建新型仿生膜材料是一种有效且具有发展前景的方法和研究方向. 本文综述了框架核酸的设计、 制备与表征, 总结了框架核酸修饰到脂质膜上的方式. 同时, 对框架核酸辅助的仿生膜的应用情况进行了阐述, 并探讨了框架核酸在仿生膜研究领域所面临的机遇与挑战.