合成纳米材料对神经系统的影响

合成纳米材料具有独特的物理化学特性,在能源、电子、食品、农业、环境科学、化妆品和医药等领域都得到广泛应用,与此同时其安全性也受到了广泛关注。体内和体外模型研究已报道合成纳米材料能够穿过或绕过血脑屏障,进入中枢神经系统,造成神经损伤。本文总结了合成纳米材料产生毒性的影响因素,进入中枢神经系统的途径以及诱导神经毒性的分子机制,包括氧化应激、DNA损伤、炎症、自噬和凋亡的诱导以及DNA甲基化等。通过系统地综述合成纳米材料神经毒性研究进展,并对该研究方向进行展望,为进一步深入研究合成纳米材料神经毒性提供参考。

新工科创新型工程人才培养探索——以“纳米材料合成制备实验”课程改革为例

“纳米合成制备实验”课程是纳米材料与技术专业的必修环节实验课程。针对目前传统工科实验教学中存在的一些亟须解决的问题,基于新工科建设的发展趋势,以创新型工程人才培养为目标,对“纳米材料合成制备实验”课程教学模式进行改革探索。主要措施包括:以科教融合设计综合设计性实验项目;以线上线下混合式教学提升教学效率;以多元化考核完善实验教学考核评价体系,改进教学并提高质量。通过以上改革探索,学生的综合素质得到较大提升。第一届纳米材料与技术专业毕业班深造率为61.1%,就业率达97.2%,表明北京工业大学“纳米材料合成制备实验”课程改革取得了良好的成效,为新工科背景下纳米材料与技术专业其他课程改革提供了思路和参考依据。

探究式教学法在“纳米材料合成与制备”实验课程中的实践

为了改善“纳米材料合成与制备”实验课程教学效果,提升学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,比较了传统讲义式教学方法与探究式教学方法的不同,并结合实验课程教学目标,阐述了探究式教学法应用于“纳米材料合成与制备”实验课程教学中的积极意义,并提出了实践策略。应用结果表明,该教学方法有助于学生理解实际原理、了解实验过程、提升分析关键影响因素的能力,改善了教学效果。

基础化学原理与前沿研究领域的契合——以功能纳米材料的合成为例

列举几种重要的基础化学原理在功能纳米材料制备过程中的典型应用实例,深入分析化学基础知识点与纳米材料形成过程中结构及形貌控制之间的内在联系。这些事例将有助于加深学生对于基础学科与前沿研究课题之间密切联系的体会,提高学生的学习兴趣,培养学生的基础知识应用能力。

卟啉微纳米材料的制备及应用研究进展

综述了卟啉微纳米材料合成的制备方法,以及将其作为传感、光电器件等应用的研究进展。卟啉类化合物是广泛存在于自然界重要的生物分子,其独特的平面骨架和共轭大π结构,使之成为分子组装体系中优良的构筑基元。制备的卟啉微纳米材料因其良好的光、热稳定性,已被广泛用于分析化学、仿生、催化及材料科学等领域。

Ag掺杂氧化锌纳米材料的制备及高压相变拉曼光谱研究

宽禁带直接带隙半导体材料氧化锌(ZnO),具有优异的光电性能、机械性能和化学特性。ZnO材料的结构对其性能影响较大,元素掺杂可改变ZnO晶体结构和带隙宽度,是提升ZnO材料性能的有效手段,当前常用Ag掺杂ZnO即为提高光催化反应效率。高压独立于温度、成分,是调控材料结构组织性能的重要手段,是产生新材料、发现新调控原理的重要因素。该研究通过对比纯ZnO晶体和Ag掺杂ZnO晶体的高压相变行为,揭示了元素掺杂对ZnO纳米晶体材料结构性能的影响。研究首先采用水热法辅助制备纯ZnO纳米微球和Ag掺杂ZnO纳米微球(1∶150Ag/ZnO),表征结果显示水热法合成的纯ZnO和1∶150Ag/ZnO均为六角纤锌矿晶体结构,形貌均为几十纳米尺寸小颗粒堆积形成的微球,ZnO晶格常数随着Ag离子掺杂而变大,Ag掺杂导致ZnO晶格膨胀。随后应用金刚石压腔结合原位拉曼光谱技术测定了纯ZnO和Ag掺杂ZnO的高压结构相变行为。相比于纯ZnO拉曼峰,Ag掺杂ZnO的E2(high)振动模式439 cm^-1拉曼峰峰宽变窄,并呈现向低频方向移动的趋势,与无定形ZnO谱峰相近,表明Ag+取代Zn^2+影响了Zn—O键,同时也影响了ZnO晶格结构的长程有序性。随体系压力增大,表征六角纤锌矿结构ZnO的拉曼特征峰439 cm^-1出现瞬间弱化和宽化。压力增大至9.0 GPa时,纤锌矿结构ZnO拉曼特征峰439 cm^-1消失,585 cm-1处出现新峰,ZnO晶体发生由六角纤锌矿向岩盐矿的结构转变。压力继续增大至11.5 GPa,新的拉曼峰显著增强,峰形变窄,同时向高波数方向移动,相变完成,岩盐矿结构ZnO性能稳定。1∶150 Ag/ZnO从六角纤锌矿结构到立方岩盐结构的相变压力为7.2 GPa,低于纯ZnO。相变压力降低表明晶体结构稳定性下降,可能的原因在于掺杂Ag导致ZnO晶格膨胀,晶体结构松弛,两相相对体积变化增加,从而导致相变势垒降低,使样品在较低压力下发生相变。纳米材料的高压研究揭示了元素掺杂对材料结构稳定性的影响,是纳米材料调控原理的潜在研究手段。

纳米材料与环境抗生素耐药性:抗性基因流在土壤-植物系统中的迁移与阻断

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新兴污染物正威胁着全球卫生健康,应对抗生素耐药性(antimicrobial resistance,AMR)已成为一项全球性挑战.粪源性ARGs是农业土壤AMR的主要来源,可通过水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)在土壤-植物系统中迅速传播最终进入食物链,威胁人类健康.人工合成纳米材料(engineered nanomaterials,ENMs)和微纳塑料的大规模生产与应用使得环境中ENMs和微纳塑料的浓度持续增加,最终进入环境对土壤-植物系统中ARGs的迁移与传播产生不可忽视的影响.ENMs(如AgENMs、CuO ENMs和TiO2/Ag/GO ENMs等)可通过积累胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)、增加细胞膜透性和上调接合相关基因表达促进ARGs的传播.此外,土壤中的ENMs与微纳塑料可影响土壤微生物抗性组和植物根部形态、结构及根系分泌物等,进而影响抗生素抗性细菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)和ARGs从根际向植物的迁移.另有报道显示,CeO2ENMs、Fe2O3@MoS2ENMs和微塑料(microplastics,MPs)具有清除胞内ROS或抑制根系生长控制ARGs传播的潜力.本文将系统阐明ENMs和微纳塑料影响ARGs传播的潜在分子机制,聚焦ARGs在土壤-植物系统中迁移并影响微生物抗性组的微界面过程,探讨阻断抗性基因流迁移的新兴纳米技术,对遏制AMR传播、保障粮食安全与人体健康具有重要意义.

等离子体法制备超细粉体氮化铝的研究

以微米级铝粉为原料 ,用N2 热等离子体法制备了超细氮化铝粉体。在等离子体功率12kW ,运行N2 流量 2m3/h ,急冷NH3流量 0 6m3/h ,送粉N2 流量 0 8m3/h条件下 ,铝粉全部转化为纳米氮化铝。采用SEM技术和粒度分析仪对产品进行了分析 ,制得的氮化铝粉末平均粒径为10 0nm ,粒度分布为 4 0～ 14

清洁溶剂中的绿色合成及催化加氢反应研究

超临界CO2(scCO2)作为绿色溶剂具有传统有机溶剂无法比拟的特性,即可调变的物理化学性质.如在临界点附近,改变压力或温度可以调变其密度、黏度、传热、传质系数、介电常数等.scCO2作为绿色溶剂在材料合成、催化反应等领域的研究相当活跃,并取得了一些创新性的研究成果.催化加氢是scCO2绿色溶剂中最具产业化前景的化学反应.近年来,本研究组对此类反应进行了广泛的研究并取得了一些有意义的研究结果,如不饱和醛的选择性加氢,苯甲酸、苯酚的环加氢反应,顺酐加氢以及硝基化合物加氢等反应.这些反应在scCO2中的反应速率均随着CO2压力的增加而显著提高,而且可以通过调变CO2压力来控制产物的选择性.本研究组研究了scCO2中催化加氢反应的新规律、新现象,讨论了加氢反应速率及产物选择性的变化规律及其机理.此外,还对scCO2中纳米材料的合成及其形成机制进行了讨论和研究.