纳米材料在食品重金属离子快速检测中的应用研究进展

纳米材料因具有比表面积大、良好稳定性、特殊的结构、易于修饰、良好的生物相容性等优点,已被广泛应用于食品中重金属离子检测领域。文章重点综述了碳纳米管、石墨烯、碳量子点、金属有机骨架、纳米酶等纳米材料在食品中重金属离子检测方面的研究与应用现状,并展望了纳米材料在食品中重金属离子检测领域面临的挑战和应用前景。

黄秋葵酒渣纳米纤维素的制备工艺及表征分析

酒渣又被称为酒糟,是发酵后的酒醅经过蒸馏出酒后余下的残渣。黄秋葵发酵酒渣富含果胶多糖和纤维素,以提取果胶多糖后制备的纤维素为原料,采用硫酸酸解法制备黄秋葵酒渣纳米纤维素(nanocrystalline cellulose from okra fermented pomance,NCC),通过单因素试验和Box-Behnken响应面试验法确定NCC的最佳制备工艺条件,即硫酸质量分数45%、酸解温度60℃、酸解时间120 min、料液比1∶17(g/mL),此条件下NCC的得率为21.07%。利用扫描电镜、透射电镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射对其微观结构进行表征。结果表明,硫酸酸解法得到的NCC为直径在100 nm左右的棒状结构,但由于氢键作用,使其极易团聚;此法对NCC的基团影响较小,其仍然具备黄秋葵酒渣纤维素的最基本化学结构;NCC的结晶度为65.14%,属于纤维素Ⅰ型结晶结构。

基于碳纳米管阵列的高响应光电探测器件

纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实现室温弹道输运,是构建片上高响应、超宽带、超快可调光电探测器件的新型潜力材料。南京电子器件研究所采用高纯度半导体型碳纳米管阵列材料设计制备了多种红外—光电探测器件,其中叉指型光电探测器件通过缩短电极间距降低渡越时间提高响应速度、构造功函数不同的非对称电极促进光生空穴—电子对分离提高响应度、增加栅控有效调控多数载流子降低暗电流,实现了300 A/W以上的优异响应度,响应时间<30μs。进一步联合东南大学,首次在碳纳米管光电探测器件中引入硅光波导与金属狭缝结构,激发等离激元局域光场增强与耦合,在1550 nm通信波段获得高响应特性,3dB带宽达15GHz。未来通过构建异质结及叠层结构,有望进一步降低暗电流,并开发取向阵列的偏振敏感特性,助力碳基电子学及光电子学的应用发展。

离子液体热合成法制备钒酸铁及其电化学性能

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑酸溴盐([Bmim]Br)为反应溶剂,采用离子液体热合成法制备了钒酸铁前驱体,通过煅烧和后处理成功地合成了粒径均一、排布密集的FeVO_(4)纳米颗粒。采用SEM、XRD、XPS、TEM、N_(2)吸附-脱附对材料的结构和形貌进行了表征。以FeVO_(4)纳米颗粒为负极材料构建了锂离子电池,采用恒流充电放电测试、循环伏安法(CV)和电化学阻抗对电池进行了电化学性能评价。结果表明,Fe VO_(4)电极作为锂离子电池负极材料在高电流密度下表现出优异的循环性能和电化学性能,其在300 mA/g电流密度下的初始放电比容量为1471.58 mA·h/g,在300 mA/g下循环100次后,仍获得783.00 mA·h/g的高比容量,其优异的电化学性能可能归因于电极材料的纳米级尺寸。

气流粉碎干燥对碳纳米管水分含量的影响

【目的】制备锂离子电池正极导电浆料中水分含量(质量分数,下同)极低(<10-3)的碳纳米管,研究对碳纳米管物料水分含量的影响因素。【方法】利用LNJ-12A型气流磨对碳纳米管湿物料进行超细粉碎干燥;通过改变气流磨的分级机转速、引风机转速、喷嘴喉部直径、粉碎腔体积,分析不同参数对碳纳米管物料水分含量的影响。【结果】在综合考虑能耗和实际工况下,当单因素变量为分级机转速4800 r/min、引风机转速2400 r/min、直喷嘴喉部直径4.5 mm、粉碎腔体积从1.14×10^(-2) m^(3)增加至23.56×10^(-2) m^(3)时,碳纳米管干燥后的水分含量分别为8.45×10^(-4)、6.68×10^(-4)、6.88×10^(-4)、5.89×10^(-4)。【结论】适当增大分级机转速,减小引风机转速,使用直径合适的直喷嘴,增大气流磨粉碎腔体积,对碳纳米管的水分干燥效果会产生有益影响,相同干燥次数下碳纳米管物料水分含量更低,且达到水分要求时的干燥次数更少。

CO_(2)注入量对超临界发泡聚丙烯材料结构及性能影响

采用超临界双阶连续挤出发泡设备,以超临界CO_(2)作为物理发泡剂,进行聚丙烯(PP)材料的发泡试验研究,明确CO_(2)注入量对聚丙烯的熔融结晶性能、泡孔结构和发泡倍率的影响。结果表明,随着注入CO_(2)流量增加,聚炳烯材料的熔点逐渐升高,结晶度逐渐升高;CO_(2)注入量为20 mL/min、15 mL/min时,泡孔分布较为均匀,CO_(2)注入量25 mL/min时,出现大量的坍塌的大气孔;CO_(2)注入量15 mL/min、20 mL/min、25 mL/min时,发泡倍率分别为4.6、6.1、5.3。因此,合适的CO_(2)注入量是影响聚丙烯挤出发泡过程控制的关键。

微纳米氧化剂制备技术的瓶颈及发展

1微纳米氧化剂的内涵高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠、高氯酸锂、硝酸钾、硝酸铵、氯酸钾、二硝酰胺铵等固体强氧化剂,是固体推进剂与混合炸药及火工药剂等火炸药产品的重要组分,是武器装备实现远程打击、高效毁伤的重要保障.氧化剂微纳米化后,可使固体推进剂的燃速大幅度提高、力学性能增强,也可使混合炸药的爆炸性能显著改善,还可使火工药剂的起爆灵敏度大幅度提高.微纳米氧化剂及其制备技术随着火炸药产品性能优化与提升的需求牵引而发展,并受到其自身吸湿性、腐蚀性(强氧化性)、可燃爆性等特殊性质的制约.

酸皮基磷光型碳点的制备及防伪应用

以浸酸山羊皮为碳源、硼酸为硼源,采用热解法制备了磷光型碳点(P-CDs)。探讨了浸酸山羊皮含量、反应pH、反应温度和反应时间对P-CDs余辉时间的影响。采用有机元素分析仪、SEM、EDS、TEM、FTIR、XRD对样品进行了表征,并评价了P-CDs的防伪应用。结果表明,在浸酸山羊皮含量(以3 g硼酸为基准,下同)4.10%、反应pH为7、反应温度为225℃、反应时间为7.5 h的条件下,制备的P-CDs的余辉时间达到12s;该材料的最佳发射波长为520 nm,对应明亮的青绿色余辉。P-CDs平均粒径为4.42 nm,具有典型的石墨结构,硼原子成功地掺入到碳点中,形成了C—B、B—O等共轭链结构,稳定了三重激发态,延长了余辉时间。

氧化锌修饰电极对绿茶中没食子酸的电化学检测

利用水热法合成的三维花状氧化锌纳米材料,构建了氧化锌修饰的玻碳电极(ZnO/GCE)并将其应用于没食子酸(GA)的电催化性能研究。采用扫描电子显微镜(SEM)及电化学的方法对其进行表征。采用循环伏安技术考察GA在该ZnO/GCE上的电化学行为。结果显示,与玻碳电极相比,氧化锌纳米材料修饰的玻碳电极明显增大了没食子酸的电化学响应信号,且在5.97~658.00μmol/L的浓度范围内,其氧化峰电流与浓度呈良好的线性关系(R^(2)=0.9961),检出限为0.8929μmol/L(S/N=3)。将该传感器用于市售绿茶饮料中GA含量的检测,检测效果良好。

氮化硼纳米片改性硅橡胶的直流电气与力学性能

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅橡胶的直流电气性能。结果表明:填充氮化硼纳米片可以有效抑制硅橡胶的空间电荷积聚现象,试样的直流击穿场强随填充量的提高呈现先增大后减小的趋势,在填充量(质量分数,下同)为15%时达到最大值,相比纯硅橡胶提升23.2%,直流电导率先减小后增大,在填充量为15%时取得最小值;除此之外,当填充量为15%时,试样的拉伸强度较纯硅橡胶提升了38.3%,试样的断裂伸长率仅下降2.7%,基本保持了原有的断裂伸长率;经聚多巴胺修饰的氮化硼纳米片复合硅橡胶相比于未经表面修饰的氮化硼纳米片复合材料,其直流电气和力学性能都有显著提高。综合分析,填充量为15%时复合材料具有较好的综合性能。

纳米技术在除草剂制备上的应用研究进展

目前纳米技术已经应用到农业的各个领域,其在农药领域的除草剂制备上也取得了一系列进展,纳米技术和纳米材料的应用能够改善除草剂药剂性能,进而实现节能减排和降污环保。本文简要介绍了纳米技术的定义、纳米农药的分类、使用安全性和纳米技术在农药中的应用,进一步阐明纳米技术在除草剂制备中的应用优势,并分别从纳米除草剂的作用机制、剂型种类、制备方法和应用现状等方面综述其研究情况,最后,对纳米技术在除草剂制备中应用的广阔前景、存在问题及发展方向进行展望。

百香果提取液绿色制备银纳米粒子及其抗菌研究

目前,人们已经提出了很多用于合成银纳米粒子的化学方法,其中绿色合成银纳米粒子的方法由于其低成本和环境友好性而受到更多关注。该研究报道了以百香果果皮提取物为原料绿色合成银纳米粒子的方法并研究其抗菌性能。通过紫外可见光谱在420 nm处出现峰值来确定银纳米颗粒的形成,以透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征其粒径大小及表面形态,纳米银(AgNPs)多呈球形,分散性良好,平均粒径为12.1 nm;采用X射线衍射分析AgNPs结晶性质并证明了AgNPs的存在;使用光电子能谱仪分析Ag价态为0价;热重分析仪测定结果表明了AgNPs有良好的热稳定性;傅里叶红外光谱及拉曼散射光谱测试结果显示,百香果果皮提取物具有还原和稳定银纳米粒子的双重功能,其中具有该作用的活性物质可能是蛋白质、多酚、黄酮和果胶等。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌最小抑制质量浓度分别为33、66μg/mL。综上所述,利用百香果提取液可以绿色制备较为理想的AgNPs,有望在制药、工业等抑菌领域得到广泛应用。

TiO_(2)/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO_(2)及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO_(2)纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO_(2)和rGO/TiO_(2)复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO_(2)主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO_(2)的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO_(2)吸收带发生一定红移,TiO_(2)禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO_(2)具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基蓝染料的降解率达到93.2%,(15%质量分数)rGO/TiO_(2)复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,5次循环光催化降解后,rGO/TiO_(2)有86.1%的降解效率。表现出了优异的吸附和光催化性能,这可为光催化处理废液提供了一种有效的方法。

氮化硼纳米管表面结构设计及其对环氧复合电介质性能调控机理

向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段,其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管(BNNTs),因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注.然而,表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极大地制约了BNNTs进一步应用.基于此,本文提出采用表面包覆介孔二氧化硅(mSiO_(2)),并接枝硅烷偶联剂功能分子的方法,优化BNNTs表面特性.结果表明,通过表面结构设计及功能化,可显著改善BNNTs的分散特性,提升其与环氧树脂的界面作用.以此所制备的环氧复合电介质可实现力学韧性和导热系数的同步提升,并兼具较低的介电常数与损耗.此外,mSiO_(2)独特的纳米介孔结构赋予复合电介质大量的深陷阱,有效阻碍了电子的迁移,进而提高复合电介质的电气强度.本文为环氧树脂的多功能化提供了新思路,亦对揭示纳米填料表面特性-复合电介质微观结构-宏观性能之间的关联关系提供了一定实验数据支撑.

丝素蛋白纳米颗粒的制备及其在食品领域的应用

近年来,许多蛋白质被用于开发和制造纳米材料。良好的生物相容性、优秀的机械性能及生物降解性等特点使丝素蛋白在食品领域备受青睐,丝素蛋白制备成的丝素蛋白纳米颗粒具有尺寸小、降解和释放可控等特点,可作为生物活性成分的递送系统,也常常被应用于食品包装中。该文从丝素蛋白的结构与性质、丝素蛋白纳米颗粒的制备、丝素蛋白在食品领域的应用等3个方面进行了综述,并对其发展方向进行了总结和展望,以期实现其在食品工业中的商业化应用,最终实现产业化目标。

克百威纳米抗体的结构解析与体外进化研究

克百威曾是一种广泛用于农业虫害防治领域的氨基甲酸酯类农药,由于其对哺乳动物具有高毒性,对人畜安全及环境造成较大威胁,因此各国陆续出台了克百威禁限用政策,但其在农产品中被检出超标的问题仍时有报道,故对其加强监测十分必要。纳米抗体是一种新型的基因工程片段抗体,具有高稳定性、结构简单和高表达量等优势。本研究通过体外亲和力成熟技术,对实验室已有的克百威纳米抗体Nb5进行改造,进一步提升其灵敏度。首先,基于AlphaFold系统,预测纳米抗体三维结构并验证模型合理性;以分子对接结合丙氨酸扫描技术,研究克百威与纳米抗体的识别机制,并验证关键结合位点。结果表明:克百威分子进入了由CDR2、CDR3及FR3区组成的活性口袋腔,纳米抗体通过氢键和疏水作用力识别克百威,所涉及的关键氨基酸分别为Arg56、Trp58、Thr101、Val102、Ala103、Asp104和Cys105。基于噬菌体展示技术,构建了克百威纳米抗体的定点饱和突变库,并筛选到一株突变体H10,其IC_(50)值为17.6 ng/mL,其灵敏度比野生型Nb5提升了1倍,亲和力常数为1.54×10^(6)L/mol。该研究结果为开发针对小分子药物的纳米抗体体外亲和力成熟技术提供了一种有效的新思路。

改性纳米零价铁修复砷镉复合污染研究进展

砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁(nZVI)在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式,阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制,并针对今后改性nZVI修复砷镉复合污染研究进行了展望。

茶树花黄酮-玉米醇溶蛋白-果胶纳米颗粒制备及其抗氧化活性研究

玉米醇溶蛋白-果胶构造的包埋体系可提高生物活性物质的稳定性,延长其抗氧化活性。该研究以茶树花黄酮为原料,通过反溶剂法结合静电沉积法制备茶树花黄酮-玉米醇溶蛋白-果胶纳米颗粒(tea flower flavonoids zein-pectin nanoparticles,FZP-NPs),通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法等技术对纳米颗粒的表观形貌、理化特性、结构进行分析,利用DPPH法和ABTS法对纳米颗粒的抗氧化活性进行评估。结果表明,FZP-NPs包埋率大于96%,粒径为(238±4.55)nm,形状为球形;氢键、疏水相互作用是玉米醇溶蛋白与茶树花黄酮形成纳米颗粒的主要作用力。包埋增强了茶树花黄酮的稳定性,并延长了其抗氧化活性,该研究为茶树花黄酮的综合利用提供了理论参考。

基于耗散粒子动力学模拟辅助的纳米结构脂质载体优化制备

基于分子模拟能够探究纳米结构脂质载体(nanostructure lipid carriers,NLC)各物质间的结合能、溶解度参数等,预测混合物的相容性,从而用于指导实验前原料种类以及用量选择。该文以姜黄素(curcumin,Cur)为模型营养物,以固体脂质(单硬脂酸甘油酯)和液体脂质(中链甘油三酯、葵花籽油、甜橙油)及表面活性剂(泊洛沙姆188、卵磷脂、吐温-80)作为筛选对象,采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法进行模拟筛选,再通过正交试验制备NLC以对模拟结果进行验证,最后对NLC的粒径和微观形态等进行表征。模拟与实验结果均表明,单硬脂酸甘油酯-中链甘油三酯(medium chain triglycerides,MCT)-卵磷脂能形成较好的载体体系,固液脂质比为1∶3(质量比),卵磷脂含量为5%(质量分数),姜黄素含量占总脂质的3%(质量分数)时形成的球壳结构最好。优化后制备的姜黄素NLC平均粒径为(233.8±2.4)nm,电位为(-38.2±0.6)mV,包封率为85.06%,微观形态均匀分散、没有明显聚集现象。

ZnSe基蓝光量子点的中间壳层结构调控及其发光性能研究

ZnSe作为一种不含重金属的宽带隙量子点(QDs),近年来在蓝光量子点及其发光二极管器件领域受到广泛关注。然而,ZnSe基核壳结构蓝光量子点的核壳界面处通常存在较大的晶格失配,易于形成缺陷态捕获载流子,从而影响其光学性能。本文通过将均质的单层ZnSeS合金层替换为具有组分渐变结构的ZnSeS合金层,合成了具有径向方向Se/S浓度渐变梯度的ZnSeS合金中间壳层的ZnSeTe/ZnSe/ZnSeS/ZnS量子点,并利用X射线衍射谱、稳态光致发光光谱、时间分辨发光光谱、透射电镜和电致发光测试等表征手段研究了不同合金中间壳层对量子点结构、形貌和光学性能的影响。结果表明,所合成的具有组分梯度ZnSeS壳层的量子点的发射波长均为深蓝色(444.5 nm),发射线宽窄(<18 nm),尺寸均一,具有闪锌矿结构,结晶度高;随着ZnSeS合金中间壳层沿量子点径向方向组分渐变平滑度的不断提高,量子点的荧光量子效率(PLQY)和色纯度等光学性质依次改善,其中通过S原子扩散形成的具有线性缓变ZnSeS壳层的量子点具有最窄的发射线宽(15.8 nm)和最高的PLQY(20.7%)。利用这种具有最优荧光性能的量子点作为发光材料制备的发光二极管器件的最大外量子效率为1.8%,最高亮度为750 cd/m^(2)。本研究提出的量子点合成方案和结构优化策略有助于促进高质量无毒蓝光ZnSe基核/壳量子点的发展。