化学气相沉积法制备高氮掺杂碳纳米笼的电容去离子性能

电容去离子(CDI)是一种基于电场力驱动的快速去除水中带电离子的新型脱盐技术,在盐水预富集和降低零排能耗方面极具潜力。但目前CDI技术受限于多孔碳电极低电吸附活性及不可控的孔结构分布导致脱盐容量和电荷效率较低,限制其进一步应用。为此,以吡啶在为碳源、碱式碳酸镁为模板剂通过化学气相沉法,构建了高活性表面、结构可控的N掺杂碳纳米笼状结构(N-CNC),探究其脱盐性能。通过精准控制载气与吡啶进入量,制备的N-CNC是由3~5层石墨化碳层层堆叠的空心长方体形貌,且外壁平均壁厚在1~2 nm,其中N质量分数高达4.2%。得益于这种优异的孔隙结构分布和丰富的表面化学性质,N-CNC展现出以赝电容贡献为主的电化学行为。组装N-CNC//N-CNC对称模块,采用单通道脱盐模式脱盐测试,结果表明,盐吸附量和电荷效率分别为21.8 mg/g和82%,能耗低至0.71 Wh/g。进一步使用自组装CDI模块处理煤化工高盐水,在1.2 V吸附电压下获得Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)电吸附脱盐容量分别为33.4、20.5和8.9 mg/g,其中Cl-/SO_(4)^(2-)选择性比高达5.1。本研究提供了一种简便可控的N掺杂碳纳米笼状结构制备方法,为CDI浓缩工业卤水预富集应用提供理论和技术支撑。

基于金纳米笼基底的抗菌纳米药物研究进展

目的 简要概述金纳米笼(Au nanocages, AuNCs)材料的制备及与其他药物联合抗菌的疗效,为进一步抗菌研究发展提供参考。方法 通过查找文献,分类归纳近年来以AuNCs为基底的抗菌纳米药物的制备及应用。结果 简要概述了AuNCs的制备方法及在新型抗菌纳米材料中AuNCs基底发挥的作用,综述了2016-2023年发现的以AuNCs为基底的抗菌纳米药物。讨论了AuNCs在生物医学领域的应用,并展望了AuNCs复合材料的未来发展方向和应用。结论 研究以AuNCs为基底的抗菌纳米药物及其所对应的抗菌策略,对进一步开发灵敏高效的新型抗菌纳米材料具有重要意义。

保留MgO模板的碳基纳米笼构建新型费-托合成催化剂及其性能研究

使用MgO为模板原位合成的碳基纳米笼作为载体,利用其比表面积大、具有丰富且多级的孔道结构等优良性能,以Fe为催化活性中心,构建出以碳基纳米笼为载体的新型Fe基费-托合成催化剂[1]。通过在微型反应器中评价其催化性能,从而对MgO颗粒进行部分保留后的Fe基费-托合成催化剂的特性进行表征,以对此种合成策略的有效性做出评价。

蛋白质纳米笼介导的酶自固定化研究进展

近年来,以金属有机框架以及自组装蛋白为代表的新型酶载体材料不断涌现,其中以蛋白质纳米笼为代表的自组装蛋白在酶自固定化领域的独特优势正不断被研究者发掘。蛋白质纳米笼独有的笼状空腔、可基因/化学修饰结构、可控自组装特性等特点为成功获得产量、稳定性和催化活性均提高的自固定化酶奠定了基础。本文首先简要介绍了金属有机框架材料、自组装蛋白,同时结合自身研究经历,重点对蛋白质纳米笼高级结构、人工设计尤其是铁蛋白的结构设计,以及纳米笼的自组装机制进行阐述。最后,综述了蛋白质纳米笼在酶自固定化方面的研究进展,并指出今后可能的研究方向,为建立自固定化新策略提供参考,进而推动自固定化酶从实验室研究迈向工业化应用。

蛋白质纳米笼稳定Pickering乳液及其在食品领域研究进展

Pickering乳液是一种由固体颗粒稳定的乳液,因其良好的稳定性和生物相容性,受到了越来越多学者的关注。作为稳定Pickering乳液的众多固体颗粒之一,蛋白质纳米笼因其独特的笼形空腔结构、良好的结构稳定性、均一的纳米尺度以及可逆自组装特性,在功能性Pickering乳液领域展现出巨大的应用潜力。该文从稳定Pickering乳液的固体颗粒类型、蛋白质纳米笼种类、蛋白质纳米笼稳定Pickering乳液及其应用等方面进行阐述,总结不同类型蛋白质纳米笼的结构特点,介绍蛋白质纳米笼稳定Pickering乳液的研究进展。基于蛋白质纳米笼的天然笼形结构优势和分子自组装特性,综述蛋白质纳米笼在多腔室乳液递送体系构建及营养成分封装递送等方面的最新研究进展。

糖基化金纳米笼复合物的制备及性质研究

通过酶促可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合-原位还原法制备了温敏性糖基化金纳米笼复合物AuNCs@P(DEGMA-co-OVNGlu),采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和透射电镜(TEM)对其进行了表征,系统研究了其理化性质和光热转换效率,并考察了糖基化金纳米笼复合物与凝集素ConA的特异性识别作用。结果表明,糖基化金纳米笼复合物制备成功,其低临界溶解温度为42.6℃,光热转换效率达到43.01%,且保留了对凝集素ConA的特异性识别作用。

富氮掺杂碳空心纳米笼协同钴镍硫化物提升超级电容器性能

采用简单的热解-硫化两步法成功制备了一种新型的富氮掺杂碳空心纳米笼(NC)负载双元金属硫化物纳米颗粒(CoNixSy)的复合材料CoNixSy/NC。该策略以丁二酮肟镍为镍源,增加了活性位点,同时前驱体ZIF-8@Ni-ZIF-67的核壳结构为空心碳纳米笼的构建提供了可能性。这种独特的负载多金属硫化物纳米颗粒的中空结构使CoNixSy/NC作为电极材料时具有更多的活性位点、更高的导电性和结构稳定性,从而使其具有较高的比容量(1 A·g^(-1)时比容量为629.2 F·g^(-1)),优异的循环稳定性(1 A·g^(-1)下1 000次循环测试后容量保持率为93.4%)。当将其进一步组装成对称超级电容器后,在1 A·g^(-1)下可提供207.2 F·g^(-1)的比电容,1 000圈循环稳定后的容量保持率为85.36%。

卡铂碳包铁纳米笼壳聚糖纳米球的制备和特征

目的制备双重物理机制载药的卡铂碳包铁纳米笼壳聚糖纳米球,优选制备工艺,观测其特征。方法碳包铁纳米磁粉经稀盐酸处理后制得碳包铁纳米笼。以此纳米笼为磁性内核,壳聚糖为基质,采用反相微乳法制备卡铂碳包铁纳米笼壳聚糖纳米球。该纳米球通过基质包裹和碳包铁纳米笼吸附双重物理机制载药。利用正交实验设计优选纳米球制备工艺,观测纳米球的形貌、粒径、载药量、磁响应性和体外释药性能。结果碳包铁纳米笼与其前体相比,比表面积由20.98 m2.g-1增至40.38 m2.g-1,孔容由70 mm3.g-1增至110mm3.g-1,对卡铂的吸附量为9.6%。卡铂碳包铁纳米笼壳聚糖纳米球球形圆整,磁响应性强,平均粒径(207±21)nm,载药量为(11.40±1.31)%。纳米球的体外释药持续5 d,累计释药量依次为51%,68%,80%,87%,91%。结论良好的磁性内核和双重物理载药机制的有机结合能够优化纳米球的性能,制备出理想的磁靶向纳米药物载体。

免疫金纳米笼对人乳腺癌细胞靶向光热治疗作用

目的基于金纳米笼的光热转换特性,观察经抗体修饰的免疫金纳米笼对人乳腺癌细胞MCF-7的靶向光热效应,探讨其对肿瘤细胞的杀伤效果及其细胞毒性。方法由银(Ag)立方纳米晶与次氯金酸(HAuCl4)置换反应得到金纳米笼,经Anti-CK19抗体修饰后制成具有生物靶向性的免疫金纳米笼。实验组(A组):将金纳米笼-抗体探针链接细胞后,由功率密度为1.5 W/cm2、波长为808 nm的激光照射30min;对照组(B组)分为2组:BⅠ组经相同光照强度和波长的激光单纯光照30 min;BⅡ组为单纯加金纳米笼无光照。观察A、B组温度随时间变化情况,通过荧光终止剂细胞染色及流式细胞术检测免疫金纳米笼的光热杀伤效应,应用四甲基偶氮唑蓝(MTT)比色法观察其细胞毒性。结果 A组温度升高明显,达48℃,而B组温度无明显变化,维持在35℃左右。荧光终止剂细胞染色及流式细胞术显示A组细胞大量凋亡,而B组细胞活性基本未受影响(P<0.05)。MMT法显示细胞毒性较小(P<0.05)。结论免疫金纳米笼对MCF-7细胞具有靶向杀伤作用,被用于光热治疗。

金纳米笼胶囊的制备及其在肿瘤细胞药物投放中的应用

纳米胶囊以其独特的优点,在生物医学领域中应用广泛。本工作介绍了一种以金纳米笼为核心,内部装载抗癌药物盐酸阿霉素(DOX),以功能化的DNA纳米材料为外壳并封锁笼口的新型纳米胶囊。这一纳米胶囊集细胞荧光成像、药物靶向投送功能于一体,可通过荧光显微镜识别靶细胞(本实验以人类B淋巴瘤细胞-Ramos细胞为研究对象),同时释放药物作用于靶细胞,诱导靶细胞凋亡。该纳米胶囊的研究为肿瘤细胞的诊断及靶向药物研究领域提供了一定的理论研究依据。

金纳米笼在肿瘤细胞光热治疗中的应用

金纳米笼是一类新颖的光热转换材料,具有中空、多孔的特点,可吸收近红外波段(700~1200 nm)的光波,且光热转化效率高,可用于癌症的光热治疗。还具有良好的生物相容性,容易被多种生物分子修饰。本文以银纳米立方体作为模板剂,用氯金酸(HAuCl_4)置换方法制备金纳米笼。用红外热成像仪研究了在波长808nm、功率为200 m W·cm^(-2)的近红外激光辐射下金纳米笼的温度增加和光照效应。还研究了肿瘤细胞的细胞毒性和高热对肿瘤细胞的影响和细胞荧光成像。结果表明,金纳米笼表现出显著的光热作用,可用于光热切除癌细胞。

非晶态ZnO纳米笼的显著表面增强拉曼散射效应

表面增强拉曼散射（surface enhanced Raman scattering，SERS）光谱技术作为一种具有超高灵敏度的分子“指纹谱”识别技术，己被广泛应用于表面、界面研究、吸附物界面的物化性质研究、生物大分子的界面取向及构型、构象研究和结构分析。

基于石墨烯和金纳米笼修饰的无标记型微囊藻毒素免疫传感器的研制

利用石墨烯及中空结构的金纳米笼构建了无标记型电化学免疫传感器,并用于微囊藻毒素的检测。利用多元醇还原法合成制备了导电性好、催化性强、生物相容性好的金纳米笼；再利用高分散的石墨烯将其固定于玻碳电极表面,进一步吸附固定微囊藻毒素抗体。在无微囊藻毒素存在时,电化学探针[Fe（CN）6]3-/4-在传感器界面上能获得较高的电流响应信号。当培育了微囊藻毒素后,抗体与微囊藻毒素形成免疫结合物,增加了电极表面的电荷密度和传质阻力,阻碍[Fe（CN）6]3-/4-扩散到电极表面,导致[Fe（CN）6]3-/4-的电流响应信号明显降低,电流减小的程度间接地与微囊藻毒素的浓度成比例,可实现对微囊藻毒素的检测。实验考察了抗原培育时间,抗体浓度等条件对该传感器响应性能的影响。结果表明,此传感器对微囊藻毒素的线性响应范围为0.05~1000μg/L,检出限为0.017μg/L,优于文献报道。此传感器操作简单,并且具有良好的稳定性,将其用于实际水样中微囊藻毒素的检测,平均加标回收率为94.1%。

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼（CNCs）为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1 A·g^-1下比电容最高可达到255 F·g^-1,比纯CNCs的188 F·g^-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100 A·g^-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111-167 F·g^-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g^-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g^-1下降到176 F·g^-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。

喷射裂解法制备碳纳米笼和石墨烯片层及其作为铂催化剂载体的应用

采用喷射裂解法,以羰基铁为催化剂前驱体,吡啶为碳源,通过改变温度或比例(V(羰基铁)∶V(吡啶))制备了不同形貌的碳纳米材料。采用氯化铵热处理法去除碳材料中的铁催化剂,得到具有空心结构的碳纳米笼和石墨烯片层,采用高分辨透射电镜(HRTEM)对载体的形貌特征进行表征。然后将Pt纳米粒子沉积在碳载体上,得到不同的Pt/C催化剂。通过HRTEM、X射线衍射(XRD)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性能进行了表征。实验结果表明:制备温度和反应物比例的变化导致产物的结构形貌发生变化;当作为催化剂载体时,其微观结构和石墨化程度对催化剂的催化活性和稳定性有很大的影响。

一种规整单壁碳纳米笼的合成与改性及其对水体结晶紫分子的吸附性能

运用催化气相沉积法及继之的纯化处理,获得了具有规整外型、中空及密集阵列的单壁三维结构碳纳米笼(carbon nanocages,CNCs)。尝试将其用于水体阳离子染料结晶紫(crystal violet,CV)的吸附去除,实验条件下其上CV的饱和吸附容量可达542.6 mg·g^(-1)。进一步以十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)对制得的CNCs表面进行亲水性改性,观察到了改性CNCs对CV吸附性能的明显提升,相同条件下其上CV的饱和吸附容量显著提升至748.5 mg·g^(-1)。运用多种表征及测定,探明改性前后CNCs的组成和结构,并尝试与其吸附性能关联,在此基础上探明改性及促进机制,为进一步研发具有实用意义的污水处理技术提供有益参考。

有序碳纳米笼材料表面酰基化研究

主要介绍了对有序碳纳米笼材料的羧基功能化,使用高氯酸铵(AP)对纳米笼材料进行的一种简单的氧化,使得在部分的碳颗粒表面上连接羧基,这样更有利于其进一步被氨基、维生素、手性分子等进行表面修饰.这种功能化的程度很容易被氧化时间、AP的浓度和氧化温度控制.功能化的材料通过XRD,TEM,氮吸附和FT-IR等手段进行表征,证明功能化后的有序碳纳米笼材料表面有部分碳颗粒被"羧基化".

NiCo_(2)O_(4)纳米笼的制备及其在超级电容器中的应用

二维片状NiCo_(2)O_(4)具有特殊的各向异性结构和较高的理论比容量,在电储能领域有特殊的应用前景,但常见的二维NiCo_(2)O_(4)容易发生团聚,导致其储能性能下降。通过简单的协同腐蚀沉淀策略(CEP)及退火工艺成功制备出NiCo_(2)O_(4)纳米笼,该空心结构由片状NiCo_(2)O_(4)相互交错形成,有效的三维支撑腔体减少了团聚,同时多孔结构提供了应力释放空间,改善了电化学储能性能。结果表明,电极在3.5A/g电流密度下,比电容高达1688F/g,在10A/g条件下循环1000次依旧能够保持原比电容的87.7%。表明将二维片状材料组装形成笼状结构可以有效提升电化学储能性能。

RGD4C修饰的铁蛋白纳米笼用于大鼠肝星状细胞的靶向药物输送

目的:制备RGD4C修饰的铁蛋白纳米笼(RGD4C-FRT),并用于大鼠肝星状细胞(HSC-T6)的靶向药物输送。方法:对RGD4C修饰的人铁蛋白H亚基进行表达和纯化;采用离子通道的方法,将阿霉素(Dox)包裹到RGD4C-FRT空腔,即为RGD4C-FRT-Dox;荧光显微镜检测RGD4C-FRT-Dox对HSC-T6的靶向性。结果:透射电镜检测显示,RGD4C-FRT为中空球形、粒径均一、分散性好;RGD4C-FRT和RGD4C-FRTDox的平均粒径分别为12.57 nm和20.13 nm;RGD4C-FRT-Dox的包封率和载药量分别为77.32%和15.88%;HSC-T6对RGD4C-FRT-Dox有明显摄取,并且能够被RGD4C-FRT空载体阻断。结论:RGD4C-FRTDox对HSC-T6有特异靶向性,可进一步在动物水平验证其治疗肝纤维化的有效性。

基于CoP纳米笼的高效无酶葡萄糖电化学传感器

采用水热法和煅烧结合的方法制备过渡金属磷化钴(CoP)纳米笼,并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征CoP的形貌、结构和元素组成。研究发现,所合成的CoP具有中空纳米笼的结构,该结构有利于提供更多可接触的催化活性位点,促进电子或离子的传输,加快催化反应过程。采用循环伏安法(CV)和计时电流法研究表明CoP纳米笼对葡萄糖具有优异的电催化氧化活性。基于CoP纳米笼修饰的玻碳电极构建的无酶葡萄糖电化学传感器显示出优异的性能。该传感器具有宽的线性范围(0.04~3 mmol·L^-1和3~8 mmol·L^-1)、低的检测限(3.8μmol·L^-1)和高的灵敏度,以及良好的选择性、重复性、重现性和稳定性。另外,该传感器能够实现人体血清中葡萄糖的快速检测。