pH响应材料及其在智能肥料中的应用

肥料行业的发展正从传统化肥向新型肥料转变。肥料使用在保障粮食安全方面发挥了重大作用,但传统肥料利用率低、养分损失大、环境风险加剧,大多数肥料产品不能按照作物的营养需求规律实现养分精准供应。而智能肥料的研发与创新为解决该问题提供了有效途径,在时空上更精准匹配作物对养分的需求。本文系统综述了pH响应材料的类型、来源及响应机理,探讨pH响应材料的化学结构对pH响应行为的影响,提出pH响应材料促进根肥互馈的观点,剖析pH响应材料在智能肥料中的应用前景,进一步明确pH响应材料在绿色智能肥料创制领域的应用潜力、未来的研究方向及面临的挑战。文章以根肥互馈理念为核心,综合考虑pH响应材料与作物根际酸化效应,设计并利用pH响应材料把根分泌物与智能肥料有机连接,提出开发pH响应肥料的创新思路,指出根肥互馈是协同肥料养分释放和作物养分吸收的关键,提出基于根肥互馈原理匹配作物养分需求规律且具有环境友好性的绿色智能肥料将成为新型肥料的发展趋势。

基于2种色素的pH响应型指示膜的制备及性能研究

目的色素是pH响应型指示膜的重要组成,其性质关系着智能指示膜的响应性能,为了探究不同色素对智能指示膜性能的影响。方法以紫草色素(AERE)和紫甘薯色素(ATH)为pH显色剂,以琼脂糖(AG)为成膜基质、甘油为增塑剂,采用流延法制备得到了AG-AERE和AG-ATH 2种体系pH响应型指示膜。采用FT-IR、SEM对指示膜的微观结构进行了表征,对指示膜的力学性能、水溶解性、水溶胀性、水蒸气透过性等进行了测定,同时还考察了其pH响应性、颜色稳定性及体系中染料迁移等性能。结果AG-AERE体系指示膜在4种实验条件下的颜色稳定性均好于AG-ATH体系指示膜,AG-ATH体系指示膜在不同pH区间的颜色响应变化值明显大于AG-AERE体系指示膜。结论AG-ATH体系指示膜对pH变化更为敏感,更适合作为pH响应型新鲜度指示膜,AG-AERE体系指示膜在水性和酸性食品模拟液中染料迁移较低,而AG-ATH体系指示膜在油脂类食品模拟液中几乎无染料迁移,更适合用于油脂类食品的指示包装。

木质素基碳点的制备及其对pH响应分析

以碱木质素为原料,利用对甲苯磺酸进行酸解后再通过水热法制备了S掺杂的木质素基碳点(L-SCDs)。通过透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和荧光光谱(FL)对L-SCDs的形貌结构和光学性质进行表征分析,并探究了L-SCDs在不同pH环境下的响应性能。结果表明:L-SCDs主要由类石墨结构的碳核及其表面的发光单元组成,具有很好的分散性,平均粒径为2.19 nm;L-SCDs主要含有碳、氧、硫3种元素,其表面存在羟基、羰基、羧基等官能团,表明碱木质素与对甲苯磺酸发生了反应,S元素成功掺杂到L-SCDs中。L-SCDs在不同pH值下的荧光变化研究发现:L-SCDs在碱性环境下荧光强度显著下降,且pH值越大下降越明显,这主要是因为L-SCDs的发光单元中存在羧基,在碱性环境中形成羧酸盐,发光单元被破坏,荧光强度下降;而在酸性和中性环境下荧光强度无明显变化,表明L-SCDs具有选择性地对pH值响应的特性,可用于荧光探针检测酸碱性。

pH响应型肉桂醛衍生物的制备及其在香蕉保鲜中的应用

为实现天然植物精油肉桂醛(Cin)的按需释放,解决由于挥发性高、光热敏感等问题导致的应用受限,以壳聚糖(CS)为反应物对肉桂醛进行改性,通过不同摩尔比的氨基和醛基反应制备了对pH敏感的肉桂醛-壳聚糖席夫碱衍生物(Cin-CS)。利用傅里叶红外光谱、扫描电镜表征了样品结构和表面形貌,以不同pH缓冲液和不同体积分数CO_(2)的高湿环境探索了Cin-CS的pH响应行为,研究了Cin-CS对香蕉保鲜效果的影响。结果表明,氨基和醛基摩尔比为4∶1时达到接枝饱和,结构中出现亚胺键,表明接枝成功。随着缓冲液pH的降低、CO_(2)体积分数的升高和反应时间的增加,Cin释放率逐渐增加,达到响应和持续释放的效果。Cin-CS的应用降低了香蕉质量耗损,同时延缓硬度、可溶性固形物等下降,具有一定的保鲜效果。

pH响应型壳聚糖/表面活性剂体系构筑及其提高采收率效果研究

壳聚糖分子本身具有大量的亲水位点(氨基),但仅含有少量的疏水位点(乙酰氨基)。同时,由于疏水基团的随机排布所产生的空间位阻,进一步减弱了其在油水界面吸附的能力。表面活性剂与壳聚糖分子之间能够形成混合吸附层,增大了界面膜强度,减缓液滴之间的聚并,进而协同增强乳状液的稳定性,提高了乳状液的耐温耐盐性能。将阴离子表面活性剂SDS和两性离子表面活性剂BS12与壳聚糖进行复配。通过水溶液分散体系稳定性及油水界面张力等因素对复配比例进行优化筛选,构筑出壳聚糖/表面活性剂的pH响应乳状液增效体系。借助动态光散射(DLS)、静态多重光散射(S-MLS)、界面张力及SEM等表征手段,研究了壳聚糖/表面活性剂复配体系及其形成的乳状液的pH响应行为,进而探明了壳聚糖与表面活性剂分子之间的协同增效作用机理。结果表明:壳聚糖/BS12展示出pH响应性能,兼具良好的提高采收率效果,为刺激响应型驱油体系的开发与应用提供了理论指导。

pH响应生物质功能材料的制备及其变色与油水分离应用

利用3-氨丙基三乙氧基硅烷对虾青素和2-羟基-1,4-萘醌进行偶联修饰,并引入棉纤维浆粕,通过抽滤-挤压的方式构筑pH响应生物质变色材料;采用红外光谱、X射线衍射分析和X-射线光电子能谱等检测手段对pH响应生物质变色材料进行性能表征;探究了其在不同酸碱性环境下的变色性能及变色可逆性。该变色材料对水相及油相展现出的不同润湿行为测试证明其具有突出的超亲水/水下超疏油性能,并展现出良好的油水分离效果。

pH响应型智能包装在食品包装中的研究进展

目的对pH响应型智能包装在食品包装领域的发展现状进行综述和分析,促进食品包装的功能化、智能化和绿色生态一体化。方法简要介绍智能包装的分类及作用,分析pH响应型智能包装的原理,并总结pH响应型智能包装指示剂的类型及其特点。围绕pH响应型智能包装在水产品、乳制品和果蔬等方面的实际应用,对其制备方法、性能等方面进行综述。讨论pH响应型智能包装在食品包装领域的研究潜力和挑战。结论pH响应型智能包装可以准确评估食品的品质和新鲜度,在食品包装领域具有广阔的应用前景。

pH响应型磁性纳米复合材料的合成及其载药性能

采用改进的Stöber法制备了介孔硅包覆的磁性纳米材料,然后通过枝接的方法对材料表面进行了氨基化处理(NH_(2)-MMNPs)。利用安全无毒的氧化普鲁兰作为门控材料,通过纳米材料表面的氨基与氧化普鲁兰的醛基之间形成的对酸敏感的亚胺键构建门控开关,并将负载的盐酸阿霉素封装,形成了智能给药系统(oMMNPs/DOX)。通过透射电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、比表面积测试仪、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强仪等技术手段对复合材料的结构、性能和形貌进行了表征。结果显示,复合材料具有良好的形貌、单分散性以及超顺磁性。载药和释药实验表明,NH_(2)-MMNPs对阿霉素的载药率为51.65%;oMMNPs/DOX在药物释放过程中表现出pH响应性和药物缓释性。细胞毒性和荧光成像实验结果显示,复合材料具有良好的生物兼容性,能够成功地载药并被细胞摄取。

pH响应型自门控Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)材料的合成及载药应用研究

采用改进的Stober法制备了介孔硅包覆的磁性纳米材料,然后通过枝接的方法对材料表面进行了氨基化处理。将氨基化的介孔硅磁性材料与4-甲酰基苯甲酸结合形成醛基功能化的磁性介孔硅材料(CHOMMNPs),并与药物阿霉素(DOX)形成了pH响应型自门控载药复合材料(CHO-MMNPs/DOX)。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和振动样品磁强仪等技术手段对复合材料的结构、性能和形貌进行了表征。结果显示,复合材料具有良好的形貌和单分散性,并具有超顺磁性。载药和释药实验表明,CHOMMNPs具有良好的载药性能,CHO-MMNPs/DOX在药物释放过程中表现出pH响应性和药物控释性。细胞毒性和荧光成像实验结果显示,复合材料具有良好的生物兼容性,能够成功地载药并被细胞摄取。

pH响应型药物递送系统在肿瘤免疫治疗领域的研究进展

肿瘤免疫疗法是激活宿主自身免疫系统对抗肿瘤的治疗方式,已广泛应用于临床,然而存在响应率低、免疫相关不良事件等缺陷。有别于传统的化学治疗,免疫治疗的靶标表现出更为广泛的空间异质性,分布在不同细胞类型及二级细胞器中,药物分子易产生脱靶与在靶毒性,极大地影响了治疗的有效性与安全性。由于代谢水平的改变,肿瘤微环境较正常组织显微酸性,而细胞内吞途径伴随着质子的进一步泵入,因此pH可以作为理想的选择性刺激条件,以实现“门控”式的药物精准递释。近年来,pH响应型材料在肿瘤免疫治疗中被广泛研究,如高分子聚合物、生物大分子、脂质纳米粒、生物膜、无机纳米粒、金属-有机框架等。本文从不同的载体类型出发,综述了pH响应型肿瘤免疫治疗的研究策略,为新一代靶向制剂研发提供参考。

pH响应纤维素凝胶抗菌膜的制备与性能研究

以羧甲基纤维素钠和聚乙二醇为原料,通过交联、凝胶化形成多孔网络结构,制备具有pH响应性能的凝胶膜。将其浸泡在单宁酸溶液中赋予样品抗菌性能,并对抗菌膜的微观结构、溶胀性能、体外药物释放、抗氧化性能、抗菌性能等进行了表征。结果表明:制备好的抗菌膜具有良好的多孔结构,羧甲基纤维素钠上的羧基赋予抗菌膜一定的pH响应性能,使其在不同pH值下表现出差异性的溶胀性和体外释药性,载药后样品的抗氧化性提升至91.33%,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到90%以上。该抗菌膜在药物缓释型敷料等方面具有很大的应用前景。

天然高分子基pH响应智能包装在食品领域应用研究进展

目的综述近年来天然高分子基pH响应智能包装材料的研究进展,分析提高色素稳定性、灵敏性和准确性的方法,为pH响应的智能指示包装进一步发展提供科学的理论基础。方法介绍pH响应智能包装的实现途径及变色机理,通过对已有研究的现状和结果进行分析,重点总结提高pH指示剂稳定性、灵敏性、准确性的方法,讨论天然多糖、蛋白质及脂质作为基质在pH响应智能包装材料中的最新应用进展,对pH响应天然高分子基智能包装材料目前存在的问题及未来的发展趋势进行分析。结论包括多糖、蛋白质、脂质及其组合在内的天然高分子材料已经在食品保鲜及指示薄膜和涂层方面得到了广泛应用。目前研究的总体目标是提高pH响应包装材料的安全性和质量,降低成本和对环境的负面影响,实现智能包装的工业化生产。

pH响应型形状记忆复合水凝胶制备及性能研究

通过在聚乙烯醇(PVA)网络中引入动态亚胺键,成功制备了具有pH响应性能的形状记忆水凝胶,并对其微观形貌、力学性能和形状记忆性能进行了研究。结果表明,浸泡pH=10的NaOH溶液后,水凝胶内部交联度提高,网络更加致密,其最高拉伸强度和最大断裂伸长率分别可达(68±0.5)kPa和200%,这表明在碱性条件下,可在聚合物网络中成功引入可逆的动态亚胺键。此外,水凝胶具有形状记忆性能,并且随着壳聚糖季铵盐(HACC)与氧化硫酸软骨素(OCS)质量比的降低,水凝胶的形状固定率与形状恢复率都呈上升趋势,且最优形状固定率和形状恢复率均在80%以上。该pH响应型形状记忆水凝胶,凭借高含水率、良好的生物相容性和独特的刺激响应性等特点,在信息储存与解密、航空航天等领域具有良好的应用前景。

一种pH响应型载药nMOFs的制备及其性能研究

以FeCl_(3)6H_(2)O和2-氨基对苯二甲酸为原料,采用水热法合成了笼型结构的纳米MOF材料MIL101-NH_(2),并将抗肿瘤药物索拉菲尼负载在材料的笼型结构中构建了载药纳米粒SRF@MIL。通过扫描电镜、X-射线粉末衍射、红外光谱、紫外光谱和热重分析,对合成的载药纳米粒进行了结构表征和性能研究。结果表明,所制备载药纳米粒粒径分布均匀,约260 nm,载药量和包封率分别为24.6%和48.3%,且有明显的pH响应性能。

pH响应红色荧光碳点的制备及对敌敌畏的检测

以一水合柠檬酸和尿素为原料,采用一锅溶剂热法合成红色荧光碳点。红外光谱和X射线光电子能谱图观测结果表明,碳点表面富含-COOH、-OH、-NH_(2)等亲水性基团,具有良好的水溶性。通过不同酸碱环境中的荧光强度检测发现,碳点具有良好的pH响应特性:在酸性条件下发生荧光猝灭;在碱性条件下荧光发射相对稳定;在碱性—酸性条件循环变化时可以实现荧光“开—关”的稳定转换。基于这一特性,实现了有机磷农药敌敌畏的选择性检测,波长605 nm处的荧光强度与0.01~0.1 ng/mL的敌敌畏浓度呈良好的线性关系,最低检测限为2.22×10^(-8)mg/mL。

姜黄素pH响应纳米胶束的制备及体外性质研究

利用mPEG-PLA-PHis嵌段共聚物制备包载姜黄素的pH响应纳米胶束(pH-M/Cur),考察其制备工艺、体外性质。单因素考察姜黄素加入量、溶剂混合比例、水化温度对pH-M/Cur制备的影响,研究药物释放特性及药动力学对pH-M/Cur的体外性质和细胞毒性进行评价。方法 以pHis-PEG作为载体材料,CH2Cl2制备姜黄素的纳米胶束(pH-M/Cur)。通过考察pHis-b-PEG适于姜黄素的包载,对理化性质、体外释药过程性试验及体内药动学性质。 结果 PHis-b-PEG胶束粒径为103±1.138nm,具有类球形结构,载药量20.45%,包封率79.16%,电位14.36mv,制剂稳定相良好;体外实验表明,载药胶束在不同pH 值条件下的响应性数据证明pHis-b-PEG适于姜黄素的包载,载药量较高。 结论 包载姜黄素的pH响应纳米胶束(pH-M/Cur)作为疏水性抗肿瘤药物的给药系统,能够在肿瘤弱酸性环境中,实现微量均速释药产生协同治疗,具有良好应用前景。

基于假四子表面活性剂的pH响应型清洁压裂液的研制与性能评价

黏弹性表面活性剂压裂液又被称为清洁压裂液,由于其破胶完全、无残渣、地层伤害小等优点,已在水力压裂领域受到广泛关注。但合成工艺复杂、成本高以及无法重复利用等问题限制了清洁压裂液的实际应用。基于油酸酰胺丙基二甲基叔胺与丁烷四羧酸在特定pH条件下相互作用形成“假”四子表面活性剂,进而自组装形成蠕虫状胶束的特性,构建了表观相态和流变学行为受pH调控的pH响应型清洁压裂液,系统研究了这种清洁压裂液的pH响应行为,包括表观相态、黏度、流变学行为、pH响应循环性以及微观结构等,并评价了其耐温耐剪切以及破胶性能。研究结果表明,通过调节pH,压裂液的零剪切黏度可达240 Pa·s以上,并能够在高黏凝胶状态与低黏水溶液状态间循环切换4次以上。所构建的清洁压裂液在90℃、170 s^(-1)条件下剪切60 min后,黏度仍保持在200 mPa·s以上,具有良好的耐剪切性能。此外,该压裂液可在1 h内实现完全破胶,且破胶液黏度低、无残渣。

生物基pH响应智能膜在食品工业中的应用研究进展

生物基材料膜由于其可塑性强、绿色环保,广泛应用于化工、食品、医药等领域,pH响应智能膜作为一种新型的功能性膜材料,可以依据pH对食品新鲜度、环境变化等做出响应,具有快速准确、成本低廉等优点。该文综述了pH响应智能膜的响应原理、响应指示剂及成膜基材,并对生物基pH响应智能膜在食品领域的应用发展进行了总结。

基于pH响应聚合物的比色法检测牛奶中的鼠伤寒沙门氏菌

目的基于pH响应聚合物构建一种用于检测牛奶中鼠伤寒沙门氏菌的比色传感器。方法通过溶剂诱导法,使用酚酞、适配体、牛血清白蛋白制备pH响应聚合物,基于适配体对鼠伤寒沙门氏菌的特异性结合与pH响应聚合物遇碱释放酚酞的比色反应建立鼠伤寒沙门氏菌比色检测方法,优化反应条件,并将其用于检测牛奶。结果该传感器在鼠伤寒沙门氏菌菌液浓度10^(2)~10^(7)CFU/mL范围内与吸光度呈现良好的线性关系,线性系数为0.982,检出限可达52 CFU/mL。将此法用于牛奶中鼠伤寒沙门氏菌的检测,加标回收率为83.2%~102.0%。结论该方法操作简便、结果可视化,为牛奶中鼠伤寒沙门氏菌的快速检测提供了一种新思路。

pH响应性木质素水凝胶的制备及药物控释

以从松木提取的水溶性碱木质素(AL)为原料,利用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵对AL进行季铵化改性,成功制备一种阴阳离子两性木质素(AML-45)。在8g/L NaOH、12g/L尿素和-10℃环境中对AML-45进行活化,活化后在碱性介质中与聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)共聚合成制备木质素基pH响应性水凝胶。通过傅里叶红外光谱仪和激光粒度分析仪(DLS)等对AML-45和AML-45基水凝胶结构进行表征,利用扫描电子显微镜对木质素基水凝胶的形貌特征进行表征,研究该水凝胶在不同pH的PBS缓冲溶液中的溶胀行为。结果显示,水凝胶具有明显的pH响应性,在酸性范围内,当pH为4时溶胀率最低为260%,pH为7.4时最高可达到330%。此外,水凝胶的溶胀率与AML-45浓度、交联剂PEGDGE用量和反应环境pH有关。以5-氟尿嘧啶作为模型药物,探讨其在酸性范围内(pH=2~7.4)缓冲介质中药物释放行为。在30h内,负载药物后的水凝胶在缓冲溶液(pH=7.4)中的药物累积释放量可达78%,高于酸性缓冲环境(pH=4)的62%和(pH=2)69%药物累积释放量,故此水凝胶有明显的药物缓释作用。