基于绿色高分子的油田含聚污水处理的教学实验设计

在化学工程与工艺的本科实验教学中,设计类实验能够有效提高学生的思考和操作能力。但提高设计环节的实践性和创新性,保证实验教学的质量是实验教学改革的难点。本论文针对油田废水中常见的聚丙烯酰胺高聚物的去除问题设计了实验,指导学生利用绿色生物高分子,学会絮凝剂设计、制备、表征和絮凝实验验证,引导其优化工艺条件,设计流程,实现絮凝产物的再利用,帮助其提高实验分析技能,培养思维和动手能力,树立环保绿色理念。

新型绿色絮凝剂的探索性教学实验设计

探索性实验作为一种新型教学实验,不但有利于提高学生的理论知识水平,而且可以培养学生独立思考和综合运用专业知识的能力。本文针对油田中常见但较难处理的含聚污水处理问题,介绍了一个新型实验,引导学生以绿色化合物壳聚糖和多巴胺为主要原料,合成具有高黏附强度的新型复合絮凝剂,并用于含聚污水的絮凝处理。该实验涉及化学合成设计方法和物化性质表征手段,实现了实验中间产物的再利用,达到了污水中有害物的减量化与无害化综合处理的目的,对于提升学生的创新研究意识与实践能力、促进环境的可持续发展具有积极的作用。

氧等离子处理对多孔硅表面润湿性的影响

表面润湿性是影响多孔硅实际应用的重要因素，对多孔硅表面润湿性的精确控制是其在生物移植、药物释放等领域实现广泛应用需要解决的关键科学问题之一。文中报道了4种不同孔径大小（10～1ooorim）、初始润湿性范围从高度亲水（接触角15°）到高度疏水（接触角139°）的多孔硅在氧等离子处理过程中表面润湿性的动态变化过程，发现其润湿性随着处理时间的增长迅速降低至极亲水状态。此外，在主要结果的基础上还拟合了出润湿性变化速率常数与孔径之间的初步规律及经验公式。

一种温敏型超大孔生物分离介质的制备及表征

采用改性琼脂糖对超大孔聚苯乙烯微球进行亲水化修饰(Agap-PS),通过酰基化反应在微球表面引入溴乙酰基(Agap-PS-Br),然后利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应在Agap-PS-Br表面接枝温敏聚合物刷,得到一种温敏型超大孔生物分离介质(Agap-PS-PNIPAM).考察了配体、催化剂、溶剂和温度对N-异丙基丙烯酰胺ATRP反应的影响,在优化条件下PNIPAM的接枝量达到了15.07 mg/m2.采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、压汞分析、激光共聚焦和蛋白吸附等手段对温敏型超大孔生物分离介质进行一系列表征,结果表明接枝温敏聚合物刷后Agap-PS-PNIPAM具有良好的温敏性,没有堵塞微球的超大孔,微球对蛋白的非特异性吸附大大降低.由于温敏聚合物刷发生了从亲水到疏水构象的转变,40℃时Agap-PS-PNIPAM对蛋白的吸附量是25℃时的2.69倍.压力流速实验表明Agap-PS-PNIPAM柱具有背压低、渗透性和机械稳定性好的优点,同样地由于PNIPAM链在40℃时收缩,此时Agap-PS-PNIPAM柱的床层渗透系数比25℃时提高了15.7%.

利用ATRP反应合成含糖聚合物影响因素的探讨

利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应合成了相对分子质量分布指数低且相对分子质量可控的含糖聚合物。以3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖(MDAGLu)为单体,对其ATRP反应的影响因素进行了系统考查。结果表明:对于活性较高的甲基丙烯酸酯类单体,低温更有利于实现反应的控制;对于给定的单体,为了实现链引发和链增长速率的匹配,催化剂和配体的活性并不是越高越好;对于溶液聚合,溶剂的链转移常数要低,且对聚合物和催化体系要有良好的溶解性。在最优条件下MDAGlu的反应动力学为一级反应,随着反应时间的延长,转化率和相对分子质量逐渐增大,且相对分子质量分布指数均小于1.2。

微波合成靶向核仁的荧光碳纳米颗粒研究

核仁是细胞内重要的亚核结构,其在恶性病的演变过程中扮演重要角色,是病理学家诊断癌症的重要指标.尽管核仁如此关键,但到目前为止,核仁的荧光探针寥寥无几.本文以水杨酸和1,8-二氨基萘为反应物,通过微波消解法合成了一种新型荧光碳纳米颗粒(FCNs),采用透射电子显微镜、动态光散射仪、傅里叶红外光谱仪、紫外分光光度计、荧光光谱仪等对其物理、化学、光学性质进行了表征、分析.借助激光扫描共聚焦等技术对FCNs的细胞摄取机制及分布进行了探究.实验结果表明,所合成碳纳米颗粒尺寸均匀,最佳激发波长在348 nm,对应的最大发射峰为432 nm,荧光量子产率为17.8%,荧光寿命为1.13 ns,其表面含有丰富的氨基和羟基,光稳定性强且毒性极低,可实现对细胞核仁染色,并且随着共孵育时间的延长,进入细胞的量越多,靶向核仁更明显.此外,经过对FCNs细胞摄取路径的考察,发现FCNs是通过小窝介导的路径被内吞.该研究为碳基纳米材料在亚细胞器靶向成像的应用方面提供了有力的工具和新思路.

低背景信号的高级生物分析方法:光电化学生物分析

光电化学传感是近年来兴起并发展迅速的一种生物分析技术,其检测的主要原理是生物识别原件识别靶标物质而引起光电活性材料的光电性能变化,最终导致光电流值发生变化,从而达到检测的目的。由于光电化学生物分析中输入信号是光,输出信号是电,这赋予了此种检测方法背景信号低、灵敏度高的天然优势,这种优势所展现出来的潜力使光电化学分析在检测领域受到了越来越多的关注。本文介绍了光电化学生物传感的基本原理、光电活性材料的分类以及光电化学生物传感的传感模式,最后对其未来的发展进行了展望。

手性等离子体核壳纳米结构的设计及应用

手性描述了一个物体不能与其镜像重叠的几何性质,自19世纪以来一直是化学和生物学中的一个关键概念。随着纳米技术的发展,手性等离子体纳米材料凭借其特殊的手性光学性质和良好的生物相容性已经成为科学家们的研究重点和手性功能材料开发的热点。然而,较弱的手性响应信号限制了其应用和发展。将手性等离子体纳米材料和核壳结构结合得到的手性等离子体核壳纳米结构是一种放大手性响应信号的有效策略。核壳纳米结构整合了内外两种材料的性质,互相补充各自的不足,能够进一步改善材料的物理化学性质,提升材料在各个领域的性能。本文依据手性分子的空间分布对手性等离子体核壳纳米结构的设计策略进行了总结,并综述了其在超灵敏传感和手性催化领域的应用,分析了目前尚存在的问题和可能的解决方式,对其未来的发展作了进一步展望。

基于多肽自组装的人工金属酶

模拟酶,又称人工酶,是在分子水平上模拟天然酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征的分子或分子聚集体。随着纳米科学和超分子技术的发展,构筑具有生物催化活性的超分子模拟酶已经成为科学研究和应用开发领域的热点。肽组装金属酶是以多肽分子为基本单元,在非共价作用力协同作用下形成的超分子组装体。相比其他功能性材料,肽人工金属酶的结构及生物化学性质更接近天然酶,其分子本身更利于修饰改造,且生物相容性和功能性较好,使其在模拟酶方面具有独特优势。本文总结了近年来通过多肽自组装构建人工金属酶的研究进展,重点综述了多肽组装模式、组装体微观结构、超分子结构、金属活性中心微环境以及p H值对模拟酶催化活性的影响。增加自组装微结构的稳定性、增加催化活性以及扩大由人工酶催化的反应类型是肽人工金属酶研究中的主要挑战。构筑更加稳定的肽自组装纳米结构及更加精确的活性中心以模拟天然酶的结构和活性中心是正确的策略。

量子点传感器在有机磷农药残留检测中的应用

有机磷农药作为一种神经毒剂,在过量使用后会造成许多潜在危害,如污染作物、环境以及使人畜中毒等。因此,建立高灵敏、高特异的有机磷农药残留检测方法对于保障食品安全与人体健康具有重要意义。基于量子点的传感器分析检测方法因其具有灵敏度高、特异性强、响应速度快、操作简单等优势,在有机磷农药残留检测方面成为研究热点与发展趋势。本文对国内外近年来量子点传感器在作物、环境以及生物样品中有机磷农药残留检测的应用进展进行了综述,并对该领域的前景进行了展望。

稀土上转换纳米载体的构建及功能化修饰机制的研究进展

稀土掺杂的上转换纳米材料可以吸收近红外波长范围的低能量光子而释放出紫外光或可见光波长范围的高能量光子。近年来,由于其独特的光学性能,人们以稀土上转换纳米晶(UCNPs)为基础构建了许多不同的纳米载体,以期能够应用于生物成像、光动力治疗(PDT)、载药系统构建以及生物传感等领域,解决当前癌症诊断和治疗等医学难题。基于UCNPs的纳米载体构建机制种类繁多,根据纳米载体的空间结构及修饰层的位置来归类分析,可将构建机制大体分为三种:UCNPs为核心,修饰层在纳米晶的表面;UCNPs为核,与外壳之间形成中空夹层,修饰层在中空夹层及纳米晶的表面;UCNPs为空心微球的外壳,修饰层在微球的内部及其表面。这三种UCNPs载体构建机制各有利弊。文章将介绍这三种UCNPs载体的构建机制及其相应的表面修饰,总结经过修饰后的功能化纳米载体在不同领域中的应用效果,并对稀土纳米载体构建机制的发展前景进行展望。

多肽在贵金属纳米粒子制备中的应用

由于具有与大块固体相迥异的性能,贵金属纳米粒子的制备与应用已经成为当前纳米、材料技术领域研究的热点。由于组成成分较多、包含各种活性基团、序列可调,并且很多多肽可生物降解、生物兼容、具有生物活性和特异性识别性能,多肽在贵金属纳米粒子制备中的应用也越来越受到人们的重视。本文从多肽作为还原剂还原贵金属盐;多肽作为保护剂/调控剂制备不同尺寸/形貌的贵金属纳米粒子;多肽作为引导剂规则排列贵金属纳米粒子;多肽作为贵金属纳米粒子组装的模板以及多肽在贵金属表面的吸附、多肽的自组装和如何获取所需要的多肽序列等几个方面综述了近年来多肽在贵金属纳米粒子制备中的应用。最后简述了利用多肽制备的贵金属纳米粒子在纳米、材料技术领域中的应用,并提出了当前该领域中存在的一些不足及研究展望。

磁珠负载的适配体修饰纳米金探针用于血清中细菌内毒素检测

生物传感检测血清中的细菌内毒素具有重要的应用价值,但其开发过程受到血清所含物质复杂性的限制。本文开发了一种基于磁珠-纳米金-适配体(MB-AuNPs-APT)的生物探针比色传感器。通过生物探针捕获内毒素来影响其过氧化物酶活性,进而影响H2O2催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)产生氧化TMB的量,最终达到比色分析内毒素的目的。分析了该方法对血清中内毒素检测的可行性,结果表明,基于MB-AuNPs-APT生物探针比色传感法的检测限为0.402ng/mL,线性范围为0.1~100 ng/mL。在50%血清样品中此生物传感器检测内毒素的回收率为99.59%~112.00%,展示了该生物探针在血清中检测内毒素的可靠性。

掺杂比例和光敏剂对上转换纳米材料性能的影响

以NaYF4材料为基质的上转换纳米颗粒(UCNPs)是最早报道的、应用范围最广的上转换材料之一。掺杂了稀土离子的颗粒不但可以在不同激发条件下发射出不同波长和强度的荧光,而且可以与多种光敏分子搭配使用,通过荧光共振能量转移产生单线态氧,实现生物医学成像或诊疗方面的应用。但是其形貌和荧光性能均受制备方法和工艺条件的影响较大。本文通过水热法合成了两类掺杂不同稀土离子的十种NaYF4 UCNPs,在保持掺杂离子的终浓度不变的条件下,探究离子类型与比例对纳米材料的结构和上转换发光性能的影响。在此基础上,探索了多种卟啉类光敏剂分子与NaYF4 UCNPs发生能量转换及单线态氧的产生能力。本工作可为基于NaYF4材料的上转换颗粒的规模化制备和工艺升级提供数据支撑和理论参考。