家蚕丝素蛋白与无机纳米颗粒复合材料的构建及其应用的研究

家蚕丝素蛋白是天然生物大分子,具有良好的生物相容性、可控的降解性以及优异的机械性能,能够作为高分子材料在生物医学、光学、电子等多个领域进行应用。与此同时,无机纳米颗粒因其小尺寸与多功能特性,在化工、材料、医学等多个行业发挥重要的作用。将丝素蛋白与无机纳米颗粒结合,构建复合材料能够发挥两者的优势,获得特殊的性能,拓展材料的应用范围。近年来,基于丝素蛋白与无机纳米颗粒的复合材料被广泛研究,新的功能特性被挖掘,应用形式多样,这对于提升蚕丝蛋白的应用价值具有重要意义。本文综述了丝素蛋白与无机纳米颗粒复合材料的研究进展,包括复合材料的类别、材料的复合形式、复合材料的应用,并对丝素蛋白与无机纳米颗粒复合材料的发展做出展望。

不同无机纳米颗粒增强硬质聚氨酯的性能对比

采用原位聚合的方法制备了不同无机纳米颗粒(二氧化硅、二氧化钛、埃洛石纳米管、蒙脱土)增强聚氨酯复合材料,研究了不同无机纳米颗粒增强聚氨酯材料对力学性能和防水性能的影响以及纳米颗粒在基体中的分布情况。结果表明,四种无机纳米颗粒在不同程度上提升了硬质聚氨酯的力学性能,其中含有1%二氧化硅(SiO_(2))和1%埃洛石纳米管(HNT)的聚氨酯基复合材料提升效果比较明显,相比于硬质聚氨酯,它们的拉伸强度分别提高了约14%和10%,断裂伸长率分别提高了约32.2%和29.7%;但是疏水性方面的提升效果并不显著。

无机纳米颗粒对聚氯乙烯(PVC)/聚醚砜(PES)共混膜的性能影响

首先探讨了ZnO、Al2O3、TiO2、SiO2四种无机纳米颗粒的加入对PVC/PES共混溶液剪切黏度的影响,在此基础上研究了纳米颗粒的加入对PVC/PES共混膜断面和表面微观结构、水通量、截留率、亲水性、孔隙率、机械性能等的影响.结果表明,四种无机纳米颗粒均使共混膜的表面孔径和孔隙率减小,亲水性和截留率增大.添加无机纳米颗粒的膜,其孔隙率越大,水通量也越大.未添加无机纳米颗粒的PVC/PES共混膜,孔隙率最大,但水通量小于添加SiO2和ZnO后的膜.这一点说明膜的水通量不仅与孔隙率有关,与膜的亲水性也有密切的关系.另外,加入无机纳米颗粒还可以略微改善膜的抗拉伸性能.

无机纳米颗粒在癌症治疗中的研究进展

纳米材料在癌症治疗中具有重要的意义。近年来,纳米材料的研究涉及多个领域,包括药物传递、疫苗开发、抗菌、诊断、癌症治疗和成像工具等。纳米材料分为有机纳米材料和无机纳米材料,无机纳米材料因其独特的尺寸依赖性的物理化学性质和特殊的光学/电磁学特性而受到广泛关注,而这是有机纳米材料所不具备的。在癌症治疗中,选择合适的无机纳米材料与搭配方法将为治疗带来更好的效果。

低相对分子质量有机酸对无机纳米颗粒吸附-解吸Ca^(2+)的影响

为了探讨低相对分子质量有机酸对无机纳米颗粒吸附-解吸Ca2+的影响,采用超声-离心-冻融方法提取蒙山茶园老冲积黄壤的无机纳米颗粒(≤100 nm),用热力学方法和NaNO3、HCl溶液解吸法,分别研究了柠檬酸、苹果酸、草酸3种低相对分子质量有机酸对土壤无机纳米颗粒吸附-解吸Ca2+的影响。结果表明,土壤无机纳米颗粒对Ca2+的吸附量均随平衡溶液Ca2+质量浓度增加而增加。加入柠檬酸、苹果酸后,土壤无机纳米颗粒对Ca2+的吸附量变化趋势相似,而加入草酸后吸附量变化趋势不同。土壤无机纳米颗粒对Ca2+吸附量依次递减的各柠檬酸添加组为0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1 mmol/L、CK、5 mmol/L、10 mmol/L,各草酸添加组为CK、0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L。低浓度的柠檬酸和苹果酸能够提高非专性吸附态Ca2+的解吸,而草酸和高浓度的柠檬酸、苹果酸能够提高专性吸附态Ca2+的解吸。

四种无机纳米颗粒对塑料抗紫外性能的研究进展

无机纳米颗粒在塑料抗紫外的研究中一直备受关注,主要介绍了四种(TiO_(2)、ZnO、SiO_(2)、CeO_(2))典型的无机纳米颗粒在该领域的应用。首先归纳了其既能吸收又能反射或散射紫外线的抗紫外机理;其次,分别论述了不同无机纳米颗粒适用的紫外光波长范围,以在塑料中的添加方法和应用特点为主线,重点介绍了国内外四种无机纳米颗粒在塑料抗紫外性能中的研究现状和进展;最后,将四种无机纳米颗粒在塑料抗紫外性能中的应用特点进行了对比,提出了应用过程中存在的分散和相容性差等问题,以期为无机纳米颗粒的深入应用和发展提供一定的参考。

无机纳米颗粒在锂离子电池复合电解质中的应用

制备具有高孔隙率、高热稳定性、高离子传导性以及优异机械性能和高储存模量的电解质是当今锂离子电池研究领域的热点问题,但是使用单一聚合物基质基本无法满足这些特性,向单一聚合物电解质中添加无机纳米粒子,制备复合电解质是一种简便的、有效的途径制备综合性能优异的电解质体系。无机纳米粒子不仅能够改善聚合物电解质的物理特性,而且还能够抑制锂枝晶的生长,提升电池的循环性能。本文详细讨论了无机纳米颗粒在锂离子电池电解质改性中的应用,包括无机纳米颗粒的填充、涂覆、原位生成以及填充非织造电解质等;为进一步研究和开发具有机械稳定性、化学惰性和优异电化学性能的新型复合电解质体系提供了新的思路和方向。

无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜纳米颗粒特性研究

高聚物-无机纳米杂化材料具有优良的力学和电学性能,本文采用溶胶-凝胶工艺制备了无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜,利用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱分析仪,研究了杂化薄膜的微观结构、相结构及分布,并对纳米颗粒的特性进行了讨论.结果表明,薄膜中含有两种纳米颗粒Si O2和Al2O3,颗粒尺寸约5nm～40nm,其中Si O2颗粒尺寸较小,以非晶团簇形式存在.在高能电子束照射下,Si O2颗粒容易分解;Al2O3颗粒结晶则较稳定.

无机纳米颗粒在土壤中的环境效应与影响因素

纳米技术的快速发展以及纳米材料的广泛应用,使得以纳米颗粒形式存在的天然矿物及人工纳米颗粒归趋于土壤环境并在土壤中大量累积。其中无机纳米颗粒进入土壤生态系统后会改变土壤孔隙度及渗透系数,并可能与有机质等结合或相互作用从而影响土壤理化性质。无机纳米颗粒还可直接或间接作用于土壤动物及微生物,其中抑制效应为主,利用其尺寸效应和高反应性与微生物细胞以及信号转导小分子作用影响其生物活性或营养成分等,对微生物产生毒性或改变群落结构。同时,纳米颗粒特性、土壤理化参数(pH值、离子强度、含水量和矿物质、有机质含量等)及微生物群落等因素同样会影响无机纳米颗粒在土壤中的环境效应。本文系统阐述了无机纳米颗粒进入土壤生态系统后产生的环境效应,归纳无机纳米颗粒在土壤中生态效应的影响因素,并对纳米颗粒的生态效应研究提出了问题与展望。

无机纳米颗粒在植物转化中的应用

随着纳米生物技术的发展,基于纳米材料构建基因载体的植物转基因技术,逐渐成为一类具有划时代意义的创新性高效植物转基因技术。笔者综述了羟基磷灰石、硅、碳纳米管、量子点、磁性纳米颗粒等无机纳米颗粒在植物转化中的应用,并比较了这些纳米载体的优势及存在的问题。分析认为,不同纳米材料对受体植物细胞的影响、纳米材料及其构建的载体入胞机制等基础理论问题迫切需要进一步阐明,入胞途径的细胞生物学和生理生化过程需要进一步实证,开发可定向输送目的基因到特定细胞或细胞器的安全高效新载体、目的基因的高效释放和功能激发等,将是未来一段时间内纳米植物生物技术研究的主要方向。

基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒的制备及应用

树枝状聚合物具有一些独特性质,包括规整且高度支化的三维结构、完美单分散尺寸、内部空腔以及表面大量的官能团等,因而其在催化、检测、生物医用领域具有潜在应用。这些应用的改进或者实现,往往需要在树枝状聚合物中引入无机纳米颗粒,从而制备得到基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒。另一方面,树枝状聚合物的存在能够提升无机纳米颗粒在溶液中的稳定性、抑制团聚,从而长时间保留纳米颗粒的优异性能。在过去几十年,因为其优异的性质和潜在的应用,基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒吸引了众多科研人员的关注。依据其结构特点,可以将基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒大致分为以下三类:(1)树枝状聚合物包裹的无机纳米颗粒;(2)树枝状聚合物稳定的无机纳米颗粒;(3)树枝化基元稳定的无机纳米颗粒。本文侧重归纳并总结近五年基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒的制备方法,以及其在催化、生物医用、检测领域的研究进展,并对其制备方法和应用发展进行了展望。

无机硅壳类纳米颗粒对细胞的毒性检测

采用MTT分析方法结合激光共聚焦荧光显微成像系统研究了无机硅壳类纳米颗粒,包括无机二氧化硅纳米颗粒(SiNP)、二氧化硅壳荧光纳米颗粒(FSiNP)以及二氧化硅磁性纳米颗粒(MSiNP)对COS-7细胞、HNE1细胞和MCF-7细胞的毒性.研究结果表明:在有效浓度范围内,无机硅壳类纳米颗粒具有很好的生物相容性,对细胞的生长和代谢没有明显的影响,从而为无机二氧化硅纳米颗粒在生物医学中的应用提供了坚实的理论依据.

具有反常热增强发光且可超低功率激发的稀土掺杂无机纳米颗粒

稀土掺杂的纳米发光颗粒因其具有优异的上转换和近红外发光性能,被当作生物深层组织影像剂广泛研究.但是,目前用于生物体内成像材料的辐照功率密度远高于近红外光辐照生物组织安全阈值,阻碍了其临床应用.在此,我们利用注射泵辅助壳层外延生长的方法,首次构建了一类可低功率激发的稀土掺杂核壳结构纳米颗粒(KMgF_(3):Yb/Er@KMgF_(3)).该纳米颗粒可通过氙灯或者功率密度低至0.08 mW cm^(−2)的980 nm激光器激发,这比美国国家标准协会设定的生物体内成像安全阈值低约4个数量级.基于光谱对比和原子级高分辨球差透射电镜的研究,我们发现KMgF_(3):Yb/Er@KMgF_(3)纳米颗粒可超低功率激发的主要原因是晶体缺陷的减少.另外,所得的核壳结构纳米颗粒还表现出异常的热增强光致发光行为以及优异的光热稳定性.本论文的这些发现为制备可超低功率激发而且具有良好光热稳定性的稀土掺杂无机纳米荧光探针奠定了良好的基础.

聚合物基纳米无机复合材料的制备与性能进展

由于聚合物基纳米无机复合材料具有优异的力学性能、阻燃性能、耐腐蚀性能和电学性能等,在工业、农业、国防、科技等领域中得到了广泛的应用。基于聚合物基纳米复合材料常用的制备方法,强调了目前采用的真空辅助树脂传递模塑成型工艺新制备技术,阐述了不同的无机纳米颗粒粒径、结构及添加量对复合材料力学性能、阻燃性能及其他性能方面的影响,并且,分析了无机纳米颗粒表面改性处理对其在聚合物中的分散情况及两相之间界面结合的影响。关于不同聚合物基体与不同种类的无机纳米颗粒复合得到的产物及相关性能的研究进行了综述,探究了聚合物基纳米复合材料目前存在的问题。最后,对未来复合材料的研究方向进行了展望。

无机纳米基因载体的研究进展

介绍了无机纳米基因载体的特性及其负载与转染机理,主要综述了二氧化硅、磷酸钙、碳纳米管、氧化铁、量子点和层状双氢氧化合物等的研究进展,分析了其研究现状,并提出了进一步的研究方向及发展趋势。

纳米颗粒增强的手性超分子水凝胶成骨性能

手性超分子水凝胶能够仿生细胞外手性微环境,在组织工程中具有特殊的意义,但其强度和稳定性较低,仍然面临着巨大的挑战。本文将无机羟基磷灰石纳米颗粒(HAP)引入到苯丙氨酸衍生物手性超分子水凝胶(LPF)中以改善其力学性能和生物功能。圆二色光谱和扫描电子显微镜结果显示,HAP掺入后LPF组装手性发生反转。与纯LPF水凝胶相比,杂化水凝胶具有优异的力学性能和长期稳定性。LPF储能模量G’值仅为452 Pa,在24 h内迅速崩塌;而LPF/HAP水凝胶的G’提高到3353 Pa,保持凝胶态时间超过3个月。HAP纳米粒子表面上丰富的Ca2+离子与LPF羧基形成的配位作用是水凝胶强化的关键因素。此外,HAP加入还提高了对细胞的成骨刺激,表现为LPF/HAP基质上成骨细胞碱性磷酸酶(ALP)活性的增加,这不仅因为羟基磷灰石的骨诱导能力,还归因于HAP使纳米纤维的刚度和稳定性明显改善。通过无机纳米颗粒的力学增强和功能化,手性超分子水凝胶在骨组织工程中具有广阔的应用前景。

新型纳米无机颗粒水性分散体防腐涂料在高铁站钢结构中的应用

铁路钢结构建筑体系的保养及修复是一个新的难题。介绍了一种新型纳米无机颗粒水性分散体防腐涂料,在高铁站钢结构系统防腐修复工程中的应用技术:与部分溶剂型防腐涂料及同类国内外水性涂料技术指标比较后发现,该涂料具有较明显优势,且能满足环保方面的要求;并于2015年6月开始在15个以上高铁站站房、雨棚等钢结构防腐涂层的维修工程中,采用低表面处理钢结构水性防腐底涂料、钢结构水性防腐面涂料配套体系的防腐涂层。近期经现场检查发现,这些涂层效果良好。

无机纳米材料改性壳聚糖静电纺纳米膜的应用

在壳聚糖与聚合物的混合溶液中加入适当的无机纳米颗粒,通过静电纺丝可制得具有独特性质、适应特殊需求的纳米纤维产品,这也是壳聚糖静电纺丝技术的重要发展方向之一。目前已经研制出许多具有特殊功能性和潜在应用价值的壳聚糖纳米纤维产品,文章从组织修复、抗菌应用、吸附金属离子和其他应用等方面进行了综述,对部分壳聚糖纳米纤维的应用进行了简述。