Janus微/纳米颗粒在生物医学中的应用

背景:Janus微/纳米颗粒因具有形状、结构、功能各向异性被广泛应用于组织工程、药物递送、癌症治疗、生物影像和传感等医学领域。目的:阐述Janus微/纳米颗粒在生物医学的前沿应用。方法:通过计算机检索中国知网、万方、PubMed、Web of Science数据库中2010-2024年发表的相关文献,分别以“Janus纳米颗粒,Janus颗粒,双面神颗粒,药物递送,癌症治疗,生物影像,生物传感,组织工程”和“Janus nanoparticle,Janus particle,Drug delivery,Cancer therapy,Biosensing,Bioimaging,Tissue engineering”为中、英文检索词,进行筛选、整理、归纳、总结,最终纳入69篇文献进行综述。结果与结论:Janus微/纳米颗粒可根据基础材料性质分为有机、无机、有机-无机复合三大类,其合成策略有遮蔽、自组装、相分离、微流控和成核生长等。Janus微/纳米颗粒可通过高负载率、门控释放、自主运动等特性进行高效率药物递送。Janus微/纳米颗粒除了增强传统癌症治疗措施(放化疗)的治疗效果外,还可以应用于细胞免疫、蛋白药物、细胞铁死亡等新兴癌症治疗方法;可应用于增强生物影像(CT、MRI、超声)的增敏剂,实现高质量成像,用于指导诊断和治疗;可通过运载生长因子、增强生物支架机械性能和抗菌效果,应用于组织工程。综合目前的研究,研究者们通过集合不同有机聚合物、无机材料的物化特性以不同的合成策略合成功能定制的Janus微/纳米颗粒,应用于复杂的生物医学领域。目前Janus微/纳米颗粒应用于组织再生领域、大规模生产和人体临床试验的报道较少,因此该类材料的开发、合成策略、临床安全评估和转化仍需投入更大的研究力度。

基于Janus纳米颗粒的Pickering乳液体系测试与调剖性能研究

测试了以Pickering乳液模板法合成的Janus纳米SiO_(2)颗粒结构与性能。结果表明,Pickering乳状液具有良好的稳定性,静置24 h未发生破乳现象,乳状液液滴团聚紧密,且增黏效果良好,黏度可达4960 mPa·s。岩心驱油实验表明,Pickering乳液体系在低渗条件下具有较好的调剖效果,当岩心渗透率为50 mD时,采收率可在一次水驱基础上提高16.71%。

功能性Janus纳米颗粒的研究进展

Janus纳米颗粒是一类在空间或物化性质上各向异性的纳米材料,因其独特的性质和在功能涂层、环境、催化、生物医学等领域的应用而受到广泛关注。不同纳米颗粒的侧边分布为定制具备丰富功能的Janus纳米颗粒提供了一个灵活的平台,与传统均质纳米颗粒相比,功能性Janus纳米颗粒凭借两种功能或多种功能的结合拓展了更多的新兴应用领域。该文重点讨论了磁响应性、光催化性、非对称浸润性及自驱动性等功能性Janus纳米颗粒的制备策略;同时介绍了功能性Janus纳米颗粒的应用领域,并对其存在的问题进行分析讨论;最后,对功能性Janus纳米颗粒合成和应用前景进行了展望。

Janus纳米颗粒制备及其驱油性能

采用Pickering乳液法成功合成具有不同亲水、亲油性的Janus纳米颗粒,通过SEM,TEM,FTIR,TG等方法表征了Janus纳米颗粒的结构和性质,以此为基础构筑了Pickering乳液调剖剂体系,并通过单岩心物模实验测试了该体系在较低渗透率条件下的调剖效果。实验结果表明,Pickering乳液型调剖剂体系在90℃,35000 mg/L矿化度条件下具有较好的乳化性能和乳液稳定性,并展现出较好的乳化增黏效果。当岩心渗透率为50×10^(-3)μm^(2)时,后续水驱阶段注入压力可由1.053 MPa增至1.824 MPa,采收率可在一次水驱基础上提高16.71百分点,表明Pickering乳液调剖剂体系具有优良的调剖效果和提高采收率效果。

麦秆基纳米纤维素过滤膜的制备及对微纳米颗粒的过滤性能

以麦秆为原料,采用对甲基苯磺酸(p-TsOH)结合酶辅助超声处理制备木质纤维素纳米纤丝(LCNFs),通过真空抽滤制备LCNFs过滤膜(LCNF-FM)。研究LCNF-FM的微观形貌、纯水通量、润湿性及对微纳米粒子的过滤性能。结果表明,LCNF-FM由相互交联的纳米纤维网络组成,平均孔径为30.2nm。该过滤膜对细菌及纳米TiO_(2)颗粒均具有良好的截留作用。初步应用于红葡萄酒过滤除菌,其对红葡萄酒中有效成分的保留率均在84%以上,对葡萄酒品质影响不大。该LCNFs及其过滤膜的制备方法绿色环保,在农业废弃物的资源化利用及水处理、食品饮料的净化等方面具有广泛的应用前景。

微纳米颗粒三相泡沫体系构筑及特性

为进一步提高聚驱后采收率,结合聚驱后油藏特征,构筑具有自适应堵调驱功能的微纳米颗粒三相泡沫体系,通过黏度、界面、泡沫和堵调驱性能试验,研究微纳米颗粒三相泡沫体系特性,应用归一化和权重系数方法,分析三相泡沫体系溶液特性与驱油效果的相关性。结果表明:软体微米颗粒三相泡沫体系的特性参数较好,具有超低界面张力,剖面改善率超过82%,聚驱后可提高采收率超过14%;硬质纳米颗粒三相泡沫体系的特性参数相对较差,但聚驱后仍可提高采收率超过10%;三相泡沫体系泡沫综合指数和运动黏度是驱油效果的主要影响因素,而剪切黏度和界面张力是次要影响因素。

石墨烯负载的超微Ru纳米颗粒催化NaBH_(4)水解制氢

氢能被认为是绿色、清洁的新型能源形式,在未来的“碳中和碳达峰”战略中扮演重要的作用。相比于液化储氢方式,固态储氢具有运输和储存安全,使用条件温和等优势。其中NaBH_(4)是目前固态储放氢中研究最为广泛和深入的一种。采用改进的液相沉积-气相还原法可控制备了平均粒径为1.1 nm的超微Ru/rGO催化剂,采用透射电子显微镜对其形貌和物相进行了表征。考察了催化剂的量、NaOH浓度、NaBH_(4)浓度和反应温度对NaBH_(4)水解产氢活性的影响。同时研究了催化剂的循环稳定性以及循环后Ru/rGO的形貌和Ru尺寸分布,该工作将其超微Ru催化剂催化NaBH_(4)水解制氢提供一定的理论和实践参考。

纳米颗粒在提高采收率微乳液中运用的研究进展

为了解决微乳液使用成本过高以及高温、高盐地层限制微乳液运用等问题,对化学驱微乳液的发展和纳米颗粒的独特性能进行了系统调研,总结了纳米颗粒与微乳液间的协同效应、纳米颗粒的加入对微乳液盐度适用性的影响以及流变性能的影响。对国内外纳米颗粒协同微乳液研究现状进行了总结和综述,并归纳总结了纳米颗粒与微乳液间的协同作用会产生低界面张力、改变润湿性、减少化学剂吸附、增强稳定性以及改善流度比等机理。目前,纳米颗粒在微乳液中的应用还处于探索阶段,需要进一步理论分析与实验研究。

金纳米颗粒表面催化发夹组装无酶信号放大快速荧光法检测微RNA-721

目的构建一种自催化发夹组装无酶信号放大的靶标快速荧光法,用于检测靶标miRNA。方法首先在金纳米颗粒(AuNP)表面修饰5-羧基荧光素(FAM)标记的DNA发夹探针H1,形成探针AuNP-H1,H1的荧光被AuNP猝灭。加入靶标miRNA会导致AuNP上的H1标记荧光素远离AuNP而重新发射荧光,随后H1与DNA发夹探针H2发生循环自组装,靶标循环被利用,导致荧光信号放大。将探针AuNP-H1、探针H2及不同浓度的miRNA-721共反应后,在480 nm激发波长下测定体系的荧光强度。结果以急性心肌炎生物标志物miRNA-721为模型靶标,在优化的实验条件下使用20μL探针AuNP-H1、50μL 3μmol/L探针H2(退火缓冲液为20 mmol/L Tris-HCl、100 mmol/L NaCl、5 mmol/L MgCl_(2),pH 7.4)与50μL不同浓度(0.1~5μmol/L)的miRNA-721在30℃共反应20 min,发现在520 nm处的相对荧光强度变化值(ΔF=F-F_(0))与miRNA-721浓度(C)呈良好的线性关系,拟合线性方程为ΔF=29232×lgC-52435(R2=0.9910)。该荧光法检测限为1.23 nmol/L。在正常人血清中的加标回收率为92.71%~104.02%。一次完整的miRNA分析可以在20 min内完成。结论该方法可用于生物样品中miRNA-721的检测,为急性心肌炎的早期诊断提供了一种快速检测手段。

纳米金颗粒@介孔二氧化硅修饰钛种植体促进高糖条件下的成骨分化

背景:微纳米结构改性是钛种植体表面处理的热点研究领域。糖尿病高血糖环境会影响钛种植体与骨组织形成稳定的结合,探索通过表面微纳结构改性来提高钛种植体在高糖环境下的成骨活性是有必要的。目的:观察钛表面纳米金颗粒@介孔二氧化硅涂层对体外高糖条件下成骨分化的影响。方法:分别制备纳米金颗粒悬浮液与介孔二氧化硅,将二者按一定比例混合在去离子水中,制备纳米金颗粒@介孔二氧化硅悬浮液。取钛片,分3组处理:光滑组经过水砂纸打磨处理,纳米管组经过水砂纸打磨处理后采用阳极氧化技术制备二氧化钛纳米管涂层,实验组制备二氧化钛纳米管涂层后浸泡于纳米金颗粒@介孔二氧化硅悬浮液中,制备纳米金颗粒@介孔二氧化硅涂层,表征3组钛片表面的微观形貌、亲水性。将大鼠骨髓间充质干细胞接种于3组钛片表面,通过细胞活/死荧光染色及CCK-8实验检测细胞增殖,DAPI/鬼笔环肽染色检测细胞黏附。将大鼠骨髓间充质干细胞接种于3组钛片表面,加入高糖成骨诱导培养基培养,通过碱性磷酸酶与茜素红S染色检测成骨分化。结果与结论:(1)扫描电镜下可见光滑组钛片表面均匀平坦,纳米管组钛片表面排列紧密的二氧化钛纳米管阵列,实验组钛片在二氧化钛纳米管表面及内部均负载纳米金颗粒@介孔二氧化硅;纳米管组、实验组钛片亲水性均优于光滑组。(2)细胞活/死荧光染色结果显示,3组钛片表面的细胞活力均高于90%;CCK-8实验结果显示,实验组细胞增殖率高于光滑组、纳米管组;DAPI/鬼笔环肽染色结果显示,二氧化钛纳米管涂层、纳米金颗粒@介孔二氧化硅涂层更有利于细胞黏附。(3)碱性磷酸酶与茜素红S染色结果显示,实验组钛片表面细胞碱性磷酸酶活性与细胞外基质矿化程度均高于光滑组、纳米管组。(4)结果表明,纳米金颗粒@介孔二氧化硅涂层可增强钛表面生物活性,促进高糖环境下的成骨分化。

微纳米金颗粒对卡林型金矿成矿的指示

卡林型金矿中金的赋存状态一直是矿物学和矿床学的研究重点之一。我国右江盆地卡林型金矿中金的赋存状态长期存在纳米金颗粒(包裹体金)和晶格金之争(Feng Hongye et al.,2021)。黄铁矿在金矿床中通常作为主要载金矿物出现,其晶体内部结构及微量元素组份特征可以用来限定成矿流体的性质、来源与演化规律、反映成矿过程、约束矿床成因等,离散不可见金的形成途径.

振动流化原子层沉积反应器微纳米颗粒的流化特性研究及包覆性能测试

原子层沉积可在亚纳米甚至更小尺度范围实现对微纳米颗粒表面的精准调控,但传统静态原子层沉积反应器很难实现大量微纳米颗粒的改性,针对该问题本文自主搭建了内径为26 mm、高为350 mm的振动流化原子层沉积反应器以实现微纳米颗粒的批量化精准改性。微纳米颗粒易团聚难流化,要实现均匀沉积首先需解决微纳米颗粒均匀流化的问题,本文选取粒径为20 nm的TiO_(2)和SiO_(2)颗粒以及粒径为600μm的树脂颗粒研究其在自制振动流化床反应器内的流态化行为。初始床层高度为15 mm时,由于聚团间黏性力的差异,稳定流化时TiO_(2)床层压降较高、床层膨胀率低,为鼓泡流化,SiO_(2)床层压降较低、床层膨胀率高,为散式流化。通过SiO_(2)颗粒示踪流化实验推断纳米颗粒团聚体流化过程中处于不断破裂和聚并的动态变化中。振动能够改善纳米颗粒流化过程中的沟流、结块现象,促进聚团破碎,降低颗粒最小流化速度,有助于提升气固接触效率。为检验自制原子层沉积反应器对纳米颗粒的包覆性能,在最优流化条件下以TiCl_(4)和H_(2)O为前驱体,TiO_(2)纳米颗粒为基底,80℃下原子层沉积得到致密、均匀的无定型TiO_(2)薄膜屏蔽颜料TiO_(2)的光催化活性,提升其耐候性。30次原子层沉积循环后,无定型TiO_(2)薄膜厚度达3.11 nm,其光催化活性较锐钛型TiO_(2)抑制了约90%,光催化活性屏蔽效果显著。实验结果说明自制振动流化原子层沉积反应器可实现微纳米颗粒的精准改性,具有良好的应用前景。

原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒与Sb协同增强A356铝合金微观组织与力学性能

在A356铝合金中同时引入原位纳米颗粒(TiB_(2)+ZrB_(2))和元素Sb,通过纳米颗粒对基体的强化和Sb提高颗粒分散性所产生的协同作用来提高材料的力学性能。结果表明,单独引入(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒会细化α-Al基体,减小二次枝晶臂间距,但复合材料内部存在严重团聚现象,不利于性能的提高。在此基础上引入Sb,降低纳米颗粒与Al基体间的界面能,纳米颗粒的团聚现象得到显著改善。原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒和Sb的协同引入使复合材料的强度和塑性较A356基体大幅提高,当(TiB_(2)+ZrB_(2))和Sb的引入量分别为3%和0.6%(质量分数)时,铸态复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到216.4 MPa、119.7 MPa和7.2%,相较A356基体的性能分别提高29.7%、23.5%、84.6%。

基于Janus SiO_2/PS纳米颗粒的乳液相行为及流变性

从微观状态和流变性能方面对克拉玛依油田81#联合站原油与Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系在不同质量分数(C_S)及不同水油体积比(R_WO)条件下形成乳液的相行为进行了研究。固定C_S=0.100%,当R_WO≤7/3时,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系与原油形成稳定的油包水乳液,乳液液滴粒径和黏度都随水油体积比升高而增大;当R_WO>7/3时,油水混合液分为上、下两相,上部为油包水乳液,下部以水为主,乳液黏度随水油体积比升高而降低。固定R_WO=7/3,当0.080%≤C_S≤0.300%时,油水完全混相,乳液黏度超过原油黏度的60倍,并且在高剪切速率时剪切变稀;当C_S<0.080%或C_S>0.300%时,油水混合液分为两相,并且黏度随分水体积增加而降低。固定R_WO=4/6,当0.001%≤C_S≤0.500%时,油水完全混相,乳液黏度为55~75 m Pa·s,并在剪切速率为3.00~70.00 s^(-1)时剪切增稠。以上结果表明,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系使原油在较高含水条件下形成稳定高黏的油包水乳液,并且在一定水油体积比范围内含水越高乳液黏度越高。这个研究结果为非均质油藏扩大波及体积提供了新思路。

纳米镍颗粒改性钛合金微弧氧化膜的摩擦性能

目的基于微弧成膜机制形成的类陶瓷氧化膜层中存在大量孔洞、裂纹和凸起,使得膜层的致密性和耐磨性不够理想。通过在钛合金微弧氧化膜中引入镍,从而改善膜层的组织结构,提高膜层的抗磨性能。方法利用不同含量纳米镍颗粒的碱性电解液,在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层。利用SEM、EDS、XRD、XPS对微弧氧化膜层的微观结构、截面形貌、相组成和元素组成进行分析,采用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机检测膜层的硬度和摩擦学性能。结果纳米镍颗粒的引入,使得微弧氧化膜的厚度增加,提高了膜层的致密性。当纳米镍颗粒的加入量(质量浓度)为2 g/L,且微弧氧化时间为45 min时,膜层表面微孔分布均匀,凸起和微裂纹较少。微弧氧化膜主要由金红石相和锐钛矿相组成,进入膜层的Ni主要以NiO的形式存在。在添加2 g/L纳米镍颗粒、微弧氧化时间为45 min时,制备的膜层硬度为452HV,抗磨性能表现最好,其摩擦因数一直稳定在0.75左右,抗磨性能相较于基础膜层提升了约67%。结论适当加入纳米镍颗粒及采用合理的微弧氧化时间能够减少膜层的微孔和微裂纹,进一步提高膜层的硬度和抗磨性能。

两亲性Janus纳米片的制备及其理化性能评价

以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)和3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为改性剂,热可膨胀微球(TEMS)作为模板,提出一种制备两亲性Janus纳米片的新策略。APTMS吸附在TEMS表面,通过溶胶-凝胶处理得到Janus球(TEMS@SiO_(2))。采用HDTMS对TEMS@SiO_(2)进行改性,TEMS受热膨胀使TEMS@SiO_(2)外壳破裂,制备两亲性Janus纳米片。采用FT-IR、TG和TEM对两亲性Janus纳米片的结构进行了表征。将两亲性Janus纳米片分散到模拟地层水中制备纳米流体,并对其稳定性,油水界面张力,乳化能力和提高采收率的能力进行了评价。结果表明:纳米流体(0.1%,质量分数,下同)储存10 d未出现分层,在pH=7时,Zeta电位为31.2 mV,纳米流体稳定性良好。纳米流体(0.1%)10 d的乳化指数为100%,乳化能力优异。纳米流体(0.1%)能够将油水界面张力降至3.2 mN/m。纳米流体驱(0.1%)可显著提高低渗透油藏采收率,在渗透率为8.9×10^(-3)μm^(2)时,可提高采收率21.5%。

微纳米颗粒表面改性技术研究进展

综述了近年来国内外颗粒表面改性的方法及应用现状,详细介绍了固相包覆改性技术、液相包覆改性技术、气相沉积改性技术、高能束表面改性技术等四类颗粒表面改性技术的原理、研究现状与应用领域,并从工艺、成本、改性效果与应用领域等方面对比分析了四类颗粒表面改性技术当前现状。最后总结了颗粒表面改性技术未来的发展方向。

PEGMA刷微图案诱导聚苯乙烯纳米颗粒阵列化

基于光引发原子转移自由基聚合(ATRP)反应,在疏水性引发剂表面制备亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)聚合物刷微图案,以PEGMA聚合物刷图案化表面为模板,借助亲疏水区域间表面能的差异使聚苯乙烯(PS)纳米颗粒在亲水区域精准组装制备纳米颗粒微阵列。采用X射线光电子能谱仪(XPS)与拉曼光谱仪(Raman)对各阶段基体表面化学组分进行表征,结果表明,聚多巴胺/3-(三甲氧基硅烷基)丙基2-溴-2-甲基丙酸酯(PDA/SiBr)复合涂层、PEGMA聚合物刷以及PS纳米颗粒微阵列被成功制备。采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜对PEGMA聚合物刷图案化表面及PS纳米颗粒阵列化表面进行观察,结果表明PS纳米颗粒在PEGMA聚合物刷微图案区域选择性组装。研究了PS纳米颗粒微阵列表面BSA蛋白吸附行为,荧光图像结果表明PS纳米颗粒在PEGMA聚合物刷微图案表面组装后可以有效促进BSA蛋白在该区域的黏附。相关研究工作拓展了图案化聚合物刷在纳米颗粒微阵列制备中的应用,为纳米颗粒在高质量生物微阵列、生物探针等领域的应用提供了技术支持。

Janus氧化硅纳米颗粒形貌构建进展

Janus氧化硅纳米颗粒是一种功能分区明显、毒性低、化学稳定性好、表面易改性的不对称纳米材料,可作为高效客体分子载体,用以构建微反应器、油水分离以及智能双药递送系统等,因此人们对其制备与应用研究经久不衰。本文着重介绍Janus氧化硅纳米颗粒不对称形貌的制备方法,并对其形貌多样性的构建、功能化设计、发展及应用进行展望。

纳米级奥克托今超微颗粒制备技术研究

本文利用撞击流法和微乳控制技术成功地制备了纳米粒度的奥克托今 (UFHMX)。实验表明 ,Zeta电位对分散HMX和分离UFHMX起着重要的作用。当HMX的水乳液液流在压力为15 0MPa、撞击速度约 10 0 0m /s的情况下进行超微化处理时 ,可得到粒度分布范围较窄的球形纳米UFHMX颗粒。这时颗粒的有效平均粒径为 184 .4nm ,最小颗粒为 12 .4nm ,最大颗粒为 4 6 5 .7nm ,比表面积为 2 8.4 2m2 / g .