高分子表面微纳米结构的构筑及应用

近年来,纳米科技在高分子材料上的应用给高分子科学和材料的发展注入了新的活力.高分子材料表面微纳米结构与材料的性能密切相关,其微纳米结构结合高分子材料本身丰富多彩的特性,在材料科学、微电子学以及细胞生物学等方面都有重要的科学意义和应用价值.目前关于高分子材料表面微纳米结构的构筑已有大量报道,涉及的实验方法和材料非常广泛,大体上可以分为模板法和非模版法.在运用中往往需要综合利用高分子的各种特性和多种实验方法.本文以构筑方法分类,综述了近十几年来在高分子表面构筑微纳米结构的研究进展,对其应用前景做了简要介绍.     

基于聚硫堇和纳米金共修饰的过氧化氢生物传感器的研究

用循环伏安法将电子媒介体硫堇电聚合在铂电极上,使其表面形成均匀的带负电的聚合膜层,通过静电吸附作用固定表面带正电荷的辣根过氧化物酶,接着吸附纳米金,然后再利用纳米金吸附固定一层辣根过氧化物酶,制成了新型过氧化氢生物传感器。实验发现,该传感器增加了酶的吸附量,响应快、灵敏度高、稳定性好,对H2O2表现出良好的响应特性。检测范围为5.2×10-7~2.0×10-3mol/L,检出限为1.7×10-7mol/L,并具有抗尿酸、抗坏血酸等干扰的特点。     

磁性纳米粒子固定辣根过氧化物酶的生物传感器

利用FeSO4与FeCl3合成了磁性Fe3O4纳米粒子,并进一步利用3-氨丙基-3-乙氧基硅烷(APS)和戊二醛溶液将辣根过氧化物酶共价固定于该磁性纳米粒子表面,研究了该磁性颗粒的磁学性能,通过磁力将其修饰于固体石蜡碳糊电极表面制成了酶修饰电极。考察了该传感器对H2O2的电化学响应。该生物传感器可对H2O2进行测定,线性范围为1.2×10-7~8.3×10-5mol/L;检出限为4.5×10-8mol/L。利用磁性纳米粒子所制得的酶修饰电极具有催化性能高、稳定性好、造价低和修饰层易更新等优点,有望得到更多的实际应用。     

无定形硒纳米粒子的交联酶模板法合成及其在生物传感器中的应用

本文以戊二醛交联的辣根过氧化物酶(HRP)为模板合成了均匀分散的无定形硒纳米粒子(粒径10~20 nm)，以所得合成产物为载体构建了HRP生物传感器。研究结果表明，无定形硒纳米粒子具有良好的生物相容性和吸附性，所得传感器灵敏度高，对测定底物的生物亲和性好。     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

微纳米图案化表面对细胞行为的影响

在再生医学领域中,材料对细胞生长和组织修复的调节作用一直是极为关键的问题.随着表面图案化技术的发展,在材料表面制备规则、可控、种类多样的图案化区域成为可能,因而该技术被广泛应用于再生医学、组织工程以及细胞诊断等相关学科领域.通过微纳米表面图案化方法,改变材料的化学性质和拓扑结构,从而实现对细胞粘附、迁移、增殖、凋亡、基...     

基于辣根过氧化物酶/纳米金/辣根过氧化物酶/多壁纳米碳管修饰的过氧化氢生物传感器的研究

以固定在玻碳电极上的多壁纳米碳管为基底吸附辣根过氧化物酶, 再固定纳米金, 然后再结合一层辣根过氧化物酶, 利用多壁纳米碳管对辣根过氧化物酶的直接电化学催化特性及纳米金对蛋白质的强吸附能力及强的电子传导特性制备了无电子媒介体的过氧化氢生物传感器. 采用循环伏安法, 在无电子媒介体时, 该传感器对H₂O₂ 仍能具有良好的催化活性, 放大了电信号, 提高了该酶传感器的灵敏度及稳定性. 实验证明, 该传感器在H₂O₂浓度为 1.0×10^－6～ 1.0×10^－3 mol•L^－1范围内有线性响应, 线性相关系数r²＝0.9964. 并探讨了电极的稳定性、寿命及重现性.     

磷酸钙陶瓷颗粒微纳米结构对蛋白吸附的影响

用微波烧结和常规烧结方法分别制备了4种具有纳米和微米结构的磷酸钙陶瓷, 对陶瓷的相组成、 微观结构、 粒度分布、 比表面积、 孔径分布和表面Zeta电位进行了对比分析, 并进一步采用凝胶电泳法考察了陶瓷对牛血清白蛋白/溶菌酶双蛋白的吸附行为. 结果显示, 纳米陶瓷和常规陶瓷具有相似的相组成、 颗粒分布和表面Zeta电位, 但微孔结构、 比表面积和蛋白吸附差异明显. 纳米陶瓷具有较小的晶粒尺寸和更丰富的介孔结构, 使其能吸附更多的牛血清白蛋白和溶菌酶, 表明其具有更强的生物活性.     

Functional β-Cyclodextrin Coating by Electrodeposition on Stainless Steel for Drug Loading and Release

β-Cyclodextrin(β-CD) can be used for drug loading and release in biomedical application. β-Cyclodextrinsalicylate(β-CD-S) was synthesized by transesterification and then was electrodeposited on the surface of stainless steel(SS) by the anodic electrooxidation polymerization of the salicylate. ¹H NMR spectrometry was used to determine the structure of β-CD-S. FTIR spectroscopy and XPS were applied to verifying the synthesized β-CD-S and the existence of the electrodeposited layer on the SS surface, respectively. Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) technologies were used to estimate the corrosion resistance of β-CD-covered stainless steel. Electrochemical quartz crystal microbalance was applied to determining the drug loading of the stainless steel before and after its modification. E. coli was selected as a harmful microbe to evaluate the antibacterial properties of the stainless steel with the comparison of optical density values.     

Co3O4 Decorated Ti/TiO2 Nanotubes for Photogenerated Cathodic Protection of 304 Stainless Steel

The Co₃O₄ decorated TiO₂ nanotube arrays(NTAs) coatings are fabricated by the combination of anodization and impregna-ting methods. It is found that the introduction of Co₃O₄ can reduce the diffraction intensity of (101) plane of the TiO₂ and accelerate the separation of photogenerated electron/hole pairs. In addition, the open circuit potential(OCP) and the corrosion potential of 304 stainless steel(304SS) with or without Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs were measured under visible light, which indicated the 304SS coupled with Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs had better anticorrosion performance than that of the 304SS or the 304SS coupled with pure TiO₂ NTAs. The enhancement of the cathodic protection performance of the Co₃O₄ decorated TiO₂ NTAs can be ascribed to the matched energy levels and strong interaction between Co₃O₄ and TiO₂ NTAs, and the improvement of light absorption.     

NiO/TiO2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能

本工作通过修饰TiO₂制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO₂纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO₂纳米管膜比较,NiO/TiO₂纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L^?1 KOH和1 mol·L^?1 CH3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm^?2,是纯TiO₂纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L^?1 NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5 h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工的研究

高分子材料3D打印加工可制备传统加工不能制备的形状复杂的高分子制件,是近年来发展很快的先进制造技术。但适用于3D打印加工的高分子材料种类少,结构功能单一,难以制备高分子功能器件。本文介绍了我们在聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工方面的研究工作:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、超声辐照、分子复合等技术制备适合于选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)的聚合物基微纳米功能复合材料;实现了聚合物基微纳米功能复合粉体的SLS加工和功能复合丝条的FDM加工;研究了3D打印低维构建、层层叠加、自由界面成型、复杂固-液-固转变过程;建立了功能复合粉体球形化技术,发明了直接熔融挤出新型FDM打印机;制备了常规加工方法不能制备的数种形状复杂的功能器件,如尼龙11/钛酸钡压电器件、柔性聚氨酯/碳纳米管传感器、个性化人颌骨模型等,突破了传统加工难以制备复杂形状制品和目前3D打印难以制备功能制品的局限。     

甲苯、丙酮和乙酸乙酯在新型铂-钯/不锈钢丝网催化剂上的催化氧化

采用阳极氧化法制备了一种用于催化氧化处理挥发性有机化合物(VOCs)的0.1%Pt-0.5%Pd/不锈钢丝网(SSWM)催化剂. 活性测试结果表明, 0.1%Pt-0.5%Pd/不锈钢丝网催化剂具有较高的催化活性和热稳定性. 该催化剂上甲苯、丙酮和乙酸乙酯的完全氧化温度分别为220、260和280 ℃. 通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和超声波等手段对催化剂和不锈钢丝网进行了表征. SEM结果表明, 经阳极氧化工艺处理过的不锈钢金属丝网载体表面形成了一层沟壑形态的复合氧化膜. 该阳极氧化膜有利于活性组分Pd、Pt的分散.     

Catalytic Oxidation of Toluene, Acetone and Ethyl Acetate on a New Pt-Pd/Stainless Steel Wire Mesh Catalyst

A new volatile organic compound (VOC) combustion catalyst of 0.1%Pt-0.5%Pd/stainless steel wire mesh (SSWM) was prepared via anodic oxidation treatment. The result of activity tests for complete oxidation of toluene, acetone, and ethyl acetate showed that 0.1%Pt-0.5%Pd/stainless steel wire mesh catalyst had good catalytic activity and thermal stability. The total oxidation temperature for toluene, acetone, and ethyl acetate was at 220, 260, and 280 °C for the catalyst calcined at 500 °C, respectively. The catalyst and stainless steel wire mesh support were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectrum (XPS), and ultrasonic vibration tests. The SEM results indicated that a typical donga structure layer appeared on the surface of stainless steel wire mesh support after anodic oxidation procedure. This typical anodic oxidation film was favorable for dispersing Pd and Pt components.     

经高温活化焙烧的B2O3/ZrO2催化剂的织构/结构和表面酸性

利用BET、XRD、FT-IR、XPS、FT-Raman和NH3-TPD等表征手段,研究了B2O3含量(0%~19.3%)对700℃活化焙烧的B2O3/ZrO2催化剂的织构/结构和表面酸性的影响.催化剂的比表面积随B2O3含量先增大后减小,其中4.1%-B2O3/ZrO2的比表面最大.四方相ZrO2的含量也随B2O3含量先增大后减小,在B2O3含量为11.7%~15.8%时出现最大值;四方相ZrO2的晶粒尺寸随B2O3含量的变化规律与此正好相反.ZrO2载体表面上的氧化硼主要以BO3为基本结构单元,催化剂表面B/Zr原子比随B2O3含量增加而变大.B2O3/ZrO2表面的总酸量、弱酸量、中强酸量和强酸量随B2O3含量先增大后减小,在B2O3含量为8.3%时出现最大值,但中强酸中心的百分含量随B2O3含量递增.表面B/Zr原子比与中强酸中心百分含量之间的顺变关系,预示以BO3为基本结构单元的B2O3是中强酸中心的主要贡献者.B2O3/ZrO2表面酸性与催化性能之间的关系显示,这些中等强度的酸中心是催化环己酮肟贝克曼重排反应的活性中心.     

CO在Cs/Ru(1010)表面上吸附的ARUPS研究

CO adsorption on Ru(100) and Cs/Ru(10O) surfaces has been investigated using ARUPS, at low temperature 150K. The 5σ+1π and 4σ levels of CO molecule were　found in angle-rcsolved UP spectra showing that CO is in molecular adsorption states on clean and Cs precovercd Ru(1010). The dependence of CO 4σ intensity on incident angle suggests that adsorbed CO stands upright on clean Ru(1010) surface; But adsorbed CO, with a short-range interaction with Cs atom [15], does not stand upright and tilts in <1210> azimuth on a Cs-precovered Ru(1010) surface.     

微量吸附量热技术研究Pd-Cu/SiO2的表面吸附

应用微量吸附量热技术研究了室温Ｈ２,ＣＯ,Ｏ２和Ｃ２Ｈ４在ｍ（Ｐｄ）／ｍ（ＳｉＯ２）＝２％,ｍ（Ｐｄ,Ｃｕ）／ｍ（ＳｉＯ２）「ｎ（Ｐｄ）／ｎ（Ｃｕ）＝１／１」＝２％,ｍ（Ｐｄ,Ｃｕ）／ｍ（ＳｉＯ２）「ｎ（Ｐｄ）／ｎ（Ｃｕ＝１／４」＝２％和ｍ（Ｃｕ）／ｍ（ＳｉＯ２）＝８％催化剂表面的吸附性能,并考察了Ｏ２对Ｃ２Ｈ４吸附性能的影响,结果表明,Ｐｄ－Ｃｕ／ＳｉＯ２具有与Ｐｄ／ＳｉＯ２数量相近的表面Ｐｄ原子,加入Ｃｕ可使Ｐｄ对Ｈ２和ＣＯ的强吸附位数目相对减少,弱吸附位数目相对增加Ｐｄ增加了Ｈ２在Ｃｕ／ＳｉＯ２催化剂表面的吸附量,加速了Ｏ２在Ｃｕ表面的吸附速率,Ｐｄ原子和Ｃｕ原子在Ｐｄ－Ｃｕ／ＳｉＯ２混合均匀且分散良好,乙烯在Ｐｄ／ＳｉＯ２表面吸附有乙川,ｄｉ－σ和π吸附态。Ｃｕ的加入可抑制乙类在Ｐｄ表面吸附氧发生氧化反     

Study of Protein Adsorption/Adhesion Behaviors on Solid Beads Surface with Different Surface Properties

Three kinds of chitosan (CS) derivatives have been prepared via polyethyleneimine (PEI) or polyethylene glycol (PEG) together with PEI modified chitosan. FTIR, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and thermal gravimetric analysis (TGA)/differential thermal analysis (DTA) proved the successful linkage, and XPS and zeta potential analysis show that these derivatives beads possess different surface nature. The PEI modified chitosan derivative is made in acid solution (A-PEI-CS) and the one added with additional PEG (PEG–CS-PEI) has showed higher swelling degree than their counterpart derivative prepared at basic condition (B-PEI-CS). Although the nitrogen content of A-PEI-CS is higher than that of B-PEI-CS, due to the better surface hydrophilicity, the B-PEI-CS beads are more capable of adsorbing bovine serum albumin (BSA) protein. Electrostatic attraction facilitates protein adsorption in a narrow acidic pH range while hydrophilicity hinders protein adhering to the beads’ surface at any pH.