纳米材料在提高原油采收率中的研究进展

详细介绍了驱油纳米材料的基本性能,着重综述了纳米SiO_(2)、纳米TiO_(2)、聚合物纳米微球等纳米材料在提高原油采收率中的应用研究进展。对比了不同纳米材料的技术特点,剖析了纳米材料在技术、经济、环保及安全领域面临的挑战,并对其前瞻性进行了展望。

金属纳米酶在菌斑生物膜相关口腔疾病防治中的研究进展

口腔菌斑生物膜作为多种细菌生存、代谢的基础,使口腔细菌难以被清除。随着抗生素滥用造成的耐药菌群出现,菌斑生物膜相关口腔疾病的防治难度进一步增加。尽管目前在研究生物膜形成、破坏有关机制方面取得了一定进展,但可用于临床的有效治疗方案仍较缺乏。金属纳米酶具有纳米粒子的物理特性及类似天然酶的催化活性。金属纳米酶的纳米级尺寸提供了更大的比表面积,在发挥类酶作用产生大量活性氧的同时促进活性氧快速扩散到活性催化位点,增强纳米酶的抗氧化特性;同时金属纳米酶易通过电化学还原法、溶剂热合成法、微波辅助合成法等方法制取,且具有产生高浓度的羟基自由基、催化牙菌斑生物膜降解、氧化应激裂解葡聚糖抑制生物膜形成、释放金属离子杀灭细菌的潜力,有望成为防治口腔菌斑生物膜相关口腔疾病的新选择。金属纳米酶可通过口服、静脉注射、呼吸等方式进入生物体,但可能引发肺毒性、肝脏毒性、神经毒性等潜在毒性效应。在复杂的生物环境下,金属纳米酶毒性的发生可能涉及多重机制,其作用机制和安全性评价有待深入研究。本文拟从金属纳米酶的特性、抗菌机制、生物毒性及其在菌斑生物膜相关口腔疾病防治中的应用等多个方面阐述金属纳米酶的研究进展,为口腔疾病的防治提供新思路。

PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜的制备及性能分析

为提高聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的性能,在PAN溶液中掺杂了MgO和Ag纳米颗粒(MgONPs和AgNPs),通过静电纺丝方法制备了不同质量分数的PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外线透反射分析仪、过滤性能测试仪测试复合纤维过滤膜的微观形态、结晶结构、透气性、透湿性及过滤性能等。结果表明:纯PAN纳米纤维的直径为222.9 nm,PAN/MgO/Ag复合纳米纤维的直径为151.5 nm~258.6 nm。相对于纯PAN纤维膜,PAN/MgO/Ag复合纤维膜具有优良的过滤性能和紫外线防护性能,其紫外线防护系数为38.73~55.37,过滤效率为95.36%~97.59%,阻力压降为46.06 Pa~58.31 Pa。当MgONPs和AgNPs的质量分数都是0.75%时,PAN/MgO/Ag复合纤维膜的品质因子最高,为0.071 4 Pa^(-1),过滤性能最好,属于高效低阻且具有防紫外线功能的过滤膜材料。

纳米流体地热循环换热实验研究

提升换热介质的换热性能是高效开采地热资源的有效手段之一。添加纳米级金属氧化物可有效提升流体的换热能力,而纳米颗粒种类、质量分数、粒径、分散剂质量分数等物性参数以及流速对纳米流体换热性能具有重要影响。采用球形纳米CuO和Al_(2)O_(3)(粒径20~50 nm)作为换热介质,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂配制纳米流体,利用自主搭建的纳米流体基础换热实验装置进行室内换热实验,优选纳米流体参数。此外,通过自主搭建循环流动换热实验装置,以湖北英山某水热型地热井中地热水作为热源,讨论了在现场实际热源边界条件下,流速对纳米流体和去离子水的换热性能影响规律。结果表明:(1)CuO纳米流体换热性能优于Al_(2)O_(3)纳米流体;(2)纳米流体的换热性能与纳米颗粒质量分数呈负相关关系,CuO质量分数为1%时纳米流体升温效率最高,在150 s内温度可由25℃上升到79.2℃,同时间内比去离子水高4.1℃,同时,随着纳米颗粒质量分数的增加,纳米流体与热源界面的润湿性减小;(3)纳米流体换热性能随着纳米颗粒粒径增加呈现先增加后减小的趋势,在纳米颗粒粒径为40 nm时纳米流体换热性能最佳;(4)纳米流体的换热性能与分散剂质量分数呈负相关关系,当分散剂质量分数为1%时换热性能最佳;(5)层流状态下纳米流体的换热性能与流速呈负相关关系;在湍流状态下纳米颗粒运动状态逐渐剧烈,有利于纳米流体传热。研究成果可为纳米流体应用于地热换热从而提升地热系统的换热效率提供依据,并为纳米流体参数以及流速参数的选择提供理论依据。

几种纳米氧化物杀菌能力的比较研究

纳米氧化物因具有优异的杀菌潜力广受瞩目,然而不同纳米氧化物的杀菌性能鲜有横向比较。该研究对纳米TiO2、纳米Al2O3、纳米MgO、纳米ZnO和纳米SiO25种常见纳米粒子的抗菌能力进行综合评估,测试菌株包括大肠杆菌、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌。结果显示,纳米MgO表现出极强的杀菌效果,在1 mM浓度下,能有效杀死50%以上的细菌;而在5 mM浓度下,杀菌率高达90%以上。其次是纳米ZnO,对细菌也具有较强的杀菌作用。尤其对革兰氏阴性菌,纳米MgO和纳米ZnO的杀菌效果更为显著。纳米TiO2和纳米Al2O3虽然显示一定的杀菌潜力,但效果较弱。另外,SiO2纳米粒子未表现出任何杀菌能力。该研究对不同纳米氧化物的杀菌性能进行全面的比较分析,实验结果可为开发新型高效杀菌剂和抑菌材料提供有益的参考。

潘丙才教授课题组在限域纳米铁氧化物结构演变与水处理应用方面取得新进展

潘丙才教授课题组多年来一直关注水处理复合纳米材料的研制与应用技术开发工作,近年来在水处理纳米限域效应方面开展了持续探索。近期,课题组以广泛应用于水处理的纳米铁氧化物为研究对象,以径迹刻蚀膜(TE膜)为限域载体,首次考察了氧化铁纳米颗粒在不同尺寸TE膜限域孔道中的结构演变规律及其对吸附除As(Ⅴ)的影响。研究发现,纳米限域导致铁氧化物老化过程中结构转化的路径发生改变,从水铁矿转化为针铁矿而非开放体系中的赤铁矿。

纳米农药的分类及研究现状

随着纳米技术在交叉学科领域的深入发展,该技术在植物保护领域也取得了突破性进展,为实现农药减施增效、绿色防控目标提供了新途径。梳理了目前主要的纳米农药剂型、纳米载药系统的特点,及其制剂在实际应用中的效果,总结了纳米农药发展中存在的问题,以期为今后纳米农药的研究、使用和推广提供参考。

金属材料表面纳米化研究与进展

大多数金属材料的失效都是从其表面开始的,进而影响整个材料的整体性能。研究表明,在金属材料表面制备纳米晶,实现表面纳米化,可以提升材料的表面性能,延长其使用寿命。金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化,材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层,分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层,这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。根据国内外表面纳米化的研究成果,首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述,阐述了各自优缺点,总结了表面自纳米化技术的优势,在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用,提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系,对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳;阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势,主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术,对未来的研究工作进行了展望,并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合,取代高成本的制造技术,制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。

应用于稠油降粘的纳米材料的研究进展

稠油因其高粘度严重阻碍了高效开发,因此有效降低原油粘度,从而提高流动性至关重要。将纳米材料作为稠油降粘剂是一个新兴的研究课题。本文综述了近年来不同纳米材料(SiO_(2)纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、碳纳米管、改性纳米颗粒和纳米复合材料)在稠油降粘方面的研究进展,总结了不同纳米材料降粘机理与降粘效果,最后提出了该技术面临的挑战和未来研究方向。纳米材料用于稠油降粘有望对石油工业产生巨大的影响。

主动靶向肾脏作用纳米颗粒在非肿瘤性肾脏疾病中的研发现状

背景:目前治疗肾脏疾病的药物种类较少,部分系统使用药物存在全身不良反应较大、在体内循环被迅速降解等问题。目前具有主动靶向作用的纳米颗粒相关研究成为药物递送领域的热点,与纳米颗粒主动靶向相关的病理基础探索也在不断深入。目的:归纳总结目前常见肾脏疾病中已有研究的主动靶向策略。方法:第一作者及第二作者检索中国知网、万方数据库和维普数据库、PubMed数据库,以“Nanoparticles,active targeting,target,kidney,kidney disease”为英文检索词,以“纳米颗粒,纳米粒子,靶向,主动靶向,肾脏疾病,肾脏”为中文检索词,检索2023-07-02前发表的所有相关文献,并对文献进行了筛选、归纳、总结,最后纳入62篇文献进行综述。结果与结论:具有主动靶向作用的纳米粒子在多种常见肾脏疾病中已有研究。主动靶向作用的机制主要是配体受体结合,通过在纳米粒子上修饰配体将其特异性导向肾脏内细胞上的受体,实现主动靶向。在不同肾脏病理条件下,肾脏特定部位的病理变化可能成为主动靶向实现的关键突破点。虽然具有肾靶向作用的纳米颗粒在非肿瘤性肾脏疾病中已有初步研究,但所有研究均处于动物体内实验阶段,距离将这些研究成果应用于医疗工作还要走很远的道路。

纳米技术会让世界更好吗?

请看这句话末尾的句号。仅为这个句号1/10000大小的粒子,能有什么用?答案超乎你的想象。这是纳米级的粒子,基于纳米级材料的技术,在我们的世界中正发挥着越来越大的作用。例如,碳纳米纤维可增加飞机和自行车车架强度、银纳米粒子可制成抗菌织物。

气相爆轰合成碳纳米材料的研究进展

气相爆轰合成是一种新型的碳纳米材料制备方法,相对于其他碳纳米材料制备方法而言具有反应速度快、产物种类多、产量大、纯度高、操作简单和经济性高等优点,有利于促进碳纳米材料的工业化生产。为深入阐明气相爆轰法合成碳纳米材料的研究与发展状况,介绍了气相爆轰法合成所需仪器设备、实验流程、理论计算以及产物的表征方法等,整理归纳了气相爆轰法合成碳包覆纳米金属粒子、碳纳米球、碳纳米管、碳点和碳纳米胶囊等技术与方法,分析了合成产物的形貌、结构及性能特征,展望了气相爆轰下各种新型碳纳米材料的应用潜力与技术发展趋势,以期为合理设计、针对性优化、规模化合成纳米材料奠定理论基础。研究表明:爆轰合成应结合宏观的爆轰理论和微细观的粒子生长。当前借助爆轰波发动机与爆轰胞格结构研究热点,使宏观爆轰胞格与纳米材料微观合成过程构成联系是重点研究方向。然而,在研究爆轰合成粒子的生长机理时,聚集在微细尺度上的纳米粒子生长仍然也是一种跨尺度问题,有必要引入分子动力学和格子波尔兹曼计算方法加以解决。

脂质纳米粒在经皮给药系统中治疗皮肤病的应用

经皮给药作为一种非侵入性给药方式,正逐渐受到广大医药工作者和患者的青睐。然而,皮肤角质层的屏障功能限制了药物的经皮吸收。脂质纳米粒作为一种新型的药物载体能够有效提高皮肤渗透性、减少药物相关副作用。本文就脂质纳米粒的特点、透皮作用机制以及在多种皮肤病中的应用做一综述,阐明脂质纳米粒在经皮给药领域的广阔发展前景,为脂质纳米粒的开发及临床应用提供参考。

碳纳米管在植物遗传物质递送中的研究进展

植物基因工程赋予了植物高产、抗逆等优良性状,为保障粮食安全提供了解决思路。但目前植物转基因主要依赖于根瘤农杆菌侵染法和基因枪法,这些方法存在转基因效率低和物种依赖等一些局限性。近年来,纳米载体在植物基因工程领域引起了较大的关注。多项研究表明,纳米载体能够携带核酸分子(DNA、RNA)进入植物细胞。因此利用纳米载体递送遗传物质已成为提高植物转基因或基因编辑效率的可行策略之一。在这些纳米载体中,碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有高稳定性、高生物相容性、高比表面积等优点,显示出了巨大的应用潜力。同时,高长径比赋予了CNTs穿过细胞膜和叶绿体膜的能力。多种表面修饰也使得CNTs能够携带核酸分子靶向递送到不同细胞器中。聚乙烯亚胺(PEI)修饰的CNTs能搭载质粒进入细胞核,在非转基因的前提下瞬时表达外源基因,且突破宿主特异性的限制。壳聚糖修饰的CNTs利用脂质交换包膜穿透机制选择性地将质粒DNA递送到叶绿体中进行表达。除此之外,基于π-π堆积的原理,CNTs还被设计为siRNA递送平台,以高效、特异性地沉默内源性基因。值得注意的是,CNTs还可以保护所搭载的核酸在递送过程中不被核酸酶所降解,保障了递送物质的完整性,为后续高效表达打下了基础。CNTs还将与基因组编辑技术CRISPR相结合,通过递送并瞬时表达含有Cas9蛋白原件的质粒实现无外源基因插入的基因组编辑。然而,作为一种新型的核酸递送技术,CNTs仍然存在许多不足。CNTs介导的外源质粒瞬时表达效率较低,该递送体系仍需要进一步优化改进。CNTs在携带并表达较大的DNA元件方面仍然存在一定的技术限制。此外,细胞如何高效吸收CNTs的机制仍需要进一步研究,这对于未来定向递送CNTs到特定植物细胞和细胞器中有重大意义。总之,本文针对CNTs递送遗传物质进入植物细胞提供了一个较为全面的综述,不仅涵盖了CNTs的结构属性,并概述了用于CNTs表面功能化的主要技术,以及CNTs递送遗传物质的研究进展。此外,我们还探讨了CNTs应用的限制因素和未来的一些应用前景,旨在为植物遗传转化技术和方法提供一些新思路或参考。

AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT纳米结构的制备及电化学传感性能

利用一步水热法和化学还原法制备了基于金纳米颗粒负载Co_(3)(HITP)_(2)-碳纳米管(AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT)的纳米复合材料。利用X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对其表面微观形貌和元素组成进行表征。构建了前列腺特异性抗原(PSA)/牛血清蛋白(BSA)/PSA抗体(Ab)/AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT/玻碳电极(GCE)电化学免疫传感器,并对PSA进行了检测,用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗谱(EIS)对其进行电化学性能分析测试。实验结果表明:基于AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT纳米复合材料的电化学免疫传感器对PSA有较宽的检测范围,可达40 fg/mL~100 ng/mL,同时具有较好的特异性、稳定性和可重复性。

纳米矿物在地球科学的研究进展

纳米矿物广泛存在于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈内,是地球系统的重要组成部分。纳米矿物的微小尺寸使其具有不同于宏观矿物的特殊结构、物理化学性质和地质行为,研究固体地球系统中各类纳米矿物的形成机制、分布特征和转变规律进而从微观角度深入理解地质过程已成为国际地学的研究热点。本文总结了地学常用的纳米矿物研究方法,介绍了纳米矿物参与下的“非传统”矿物生长、微量元素吸附和矿物相变等过程。同时本文结合实例梳理了地球系统不同地质过程中非生物相关纳米矿物的成因机制及其对地质过程的指示意义,包括发生在岩浆、热液或胶体体系中从无到有的结晶过程,先存矿物的溶解-再沉淀过程(水岩反应作用),以及先存岩石或矿物的应变破碎过程(陨石冲击、构造活动、火山活动)等,讨论了纳米矿物与成矿的关系,并对纳米地球科学未来的研究方向提出了展望。

纳米材料在食品生产和保鲜中的应用

为了保证日常食品新鲜,针对食品加工、包装和运输过程中的杀菌、防腐、冷藏工序进行优化变得尤为重要。纳米材料因具有良好的热学、磁学、力学性能被广泛应用到食品生产领域,可以缩短食品杀菌时间,保持食品的感官和营养特性。本文围绕纳米材料在食品工业领域的应用进行了概述,分别从纳米流体应用于液态食品杀菌、细菌纳米纤维素薄膜应用于食品包装、纳米相变蓄冷材料应用于冷链物流3个方面展开,介绍了纳米流体、细菌纳米纤维素薄膜和纳米相变蓄冷材料的制备方法,分析了纳米材料应用过程中存在的技术难点,并总结了纳米材料在食品工业领域的应用前景。

银纳米线导电纺织品制备及应用研究进展

银纳米线具有优异的长径比、导电、透光、柔性、抗菌等特性,是制备导电纺织品最有前途的纳米材料之一。介绍银纳米线导电纺织品的常用制备方法,即共混纺丝法、后整理法,综述银纳米线导电纺织品在空气过滤、饮用水过滤、电磁屏蔽、个人热管理、柔性压力传感器等领域的应用进展。最后对银纳米线导电纺织品的未来发展趋势进行展望,为下一代智能纺织品的研发提供思路。

基于BTO/PAN复合纳米纤维膜的柔性压电纳米发电机

采用简单的一步水热法合成了钛酸钡纳米颗粒(BTO NP),通过静电纺丝法制备了BTO/聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维膜,并基于该膜制备了柔性复合压电纳米发电机。研究结果表明,随着BTO掺杂质量分数的增加,BTO/PAN柔性复合压电纳米发电机的输出电压先增大后减小。当BTO的质量分数为15%时,BTO/PAN柔性复合压电纳米发电机的输出性能最佳,输出电压可达10.2 V,输出电流可达1.52μA。当负载电阻为12 MΩ时,其最大输出功率约为3.72μW,与纯PAN纳米纤维膜压电纳米发电机相比,输出性能有明显改善。经过5000次循环测试结果表明,BTO/PAN柔性复合压电纳米电机的的输出性能没有明显变化,因此其具有较好的稳定性。同时,该压电纳米发电机能够检测人体的不同状态,为研发高性能和自供电的可穿戴生物电子产品提供了参考。

聚己内酯/MgO复合纳米纤维膜的制备及其性能

为制备集多种功能于一体的纳米纤维膜,将MgO纳米颗粒加入至可降解聚己内酯(PCL)溶液中,通过静电纺丝技术制备PCL/MgO复合纳米纤维膜,研究了其微观形态、结晶结构、过滤性能和抗菌性能等。结果表明:PCL/MgO复合纳米纤维的直径比纯PCL略有增加,且纤维膜中MgO依然保持着结晶状态;与纯PCL纤维膜相比,PCL/MgO复合纳米纤维膜的透气率增加,水接触角增大,透湿率减小;PCL/MgO复合纳米纤维膜的过滤效率为97.57%~98.87%,紫外线防护系数均大于50,具有良好的过滤性能和优异的紫外线防护性能,其对大肠杆菌的抑菌率为73.78%~98.55%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率为53.61%~97.56%;对大肠杆菌的抑菌率优于金黄色葡萄球菌是因为MgO纳米颗粒具有晶格缺陷,更易与带有负电荷的大肠杆菌形成较强的相互作用。