纳米TiO_2分散液的制备及其光催化性能

利用沉淀-溶剂热联用方法,制备粒径约为30 nm的TiO_2材料,作为光催化分散液的光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、电镜(透射TEM、扫描SEM)、拉曼、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对纳米TiO_2的晶型、形貌、结构与表面特性进行表征。制备的TiO_2为粒度均匀、分散良好的锐钛矿型纳米TiO_2。在不做任何修饰的情况下,将纳米TiO_2置于水中,通过超声得到分散均匀、稳定性好的纳米TiO_2水性分散液,室温静置180 d后仍保持澄清透明,无沉淀析出。180 d后,该分散液对有机污染物罗丹明B的降解仍旧表现出优异的光催化活性,光照15 min后罗丹明B明显褪色,30 min完全降解,无活性损失。将该分散液喷涂在铝板基底上,表现出良好的自清洁能力。本文提供了一种可规模化生产、成本低、过程易控的纳米光催化分散液制备思路。

基于一维和二维纳米材料的神经界面构筑

神经电极是探索大脑神经电活动的重要工具,而神经元与电极之间的界面是制约神经电极性能的主要因素。一维和二维纳米材料由于具有独特的物理与化学性质,能够从表面形貌、机械性能、电学性能和生物相容性等方面改善神经界面,成为构筑神经电极的理想材料。本文主要以碳纳米管、硅纳米线和石墨烯等纳米材料为例,概述了一维和二维纳米材料在构筑神经电极方面的研究进展,以及它们在神经界面发挥的调控作用,并对未来神经电极的构筑及其界面研究的发展方向进行了展望。

多功能纳米材料在肿瘤放疗增敏中的应用

放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法,目前已成为临床上最常用、最有效的恶性肿瘤治疗手段之一。但放射治疗仍存在辐射剂量高、对健康组织副作用大,特别是肿瘤细胞放射抵抗性强等缺点。随着纳米医学的发展,多功能纳米放疗增敏剂为增强肿瘤细胞放射敏感性、提高放疗效果提供了新机遇。本文结合纳米材料在放疗增敏中的优势和潜能,概括了纳米放疗增敏剂的主要类型和目前已进入临床实验的一些实例,简述了多功能纳米放疗增敏剂在肿瘤放射治疗中的应用,并归纳了纳米材料增敏放疗的主要途径和影响因素。最后总结和展望了多功能纳米放疗增敏剂面临的挑战和发展前景。

体相纳米气泡的消除与尺寸调控研究进展

不同方法发生的体相纳米气泡尺寸与数量浓度相差悬殊。气泡尺寸的多分散性及数量浓度的本征差异性给体相纳米气泡的性能研究及效能比较带来了不便,同时也不利于纳米气泡技术的标准化、产业化。因此,体相纳米气泡尺寸及数量浓度的调控十分重要。对近年来体相纳米气泡尺寸和数量浓度的调控技术进行了总结及综合评估。主要分析对比了循环均化法、微流控技术和膜技术等尺寸调控方法与冻融去除法、超声消减法等数量浓度调控方法的优劣,从可调控性、设备依赖性、工艺难易度、可拓展性及成本等方面对各方法进行了评估,并结合本课题组已发表研究成果对体相纳米气泡的尺寸和数量浓度调控提出新的认识与思路,以期为深入了解纳米气泡的尺寸效应和超常稳定机制以及体相纳米气泡定量分析与应用,特别是与尺寸相关的性质、效应和应用提供新思考。

高性能三维纳米结构SERS芯片设计、批量制备与痕量汞离子检测

表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、高灵敏、快速检测痕量重金属离子的光谱技术。通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度,是获得高性能SERS芯片的重要新途径。提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、批量制备。该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟,通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。模拟结果表明,纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、低两个应力分区,其中,高应力区占图案~72%的面积,其应力均匀性比单层模板提升17%;低应力区分布在图案边缘~28%的区域,可有效减小脱模切应力。当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm,界面应力整体提升1~2个数量级,将显著提高压印成功率。使用不同横向尺寸的单、双层模板进行压印实验结果表明,尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备,这与模拟结果高度一致。在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10^(-12) mol·L^(-1),增强因子达3×10^(8),检测均一性RSD为8.07%。该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10^(-11 )mol·L^(-1)),浓度线性工作范围为5.0×10^(-11)~5.0×10^(-5) mol·L^(-1),跨度达6个数量级,呈现良好的线性关系(R^(2)=0.966),在目前汞离子检测技术中具有显著优势。提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点,推动其实际应用。

基于上转换纳米粒子的低损伤神经界面技术

光遗传技术能够实现对特定类型神经元的高时间分辨调控。过去几年,光遗传技术在神经环路的结构与功能研究中得到了广泛应用,并且在神经疾病治疗领域具有良好的应用前景。目前光遗传常用光敏蛋白的激发波长位于可见光波段。可见光的组织穿透性差,很难通过组织外照射来调控动物大脑深部的神经元电活动,因此极大地限制了光遗传技术的应用。上转换纳米粒子可以将组织穿透性好的近红外光转换成可见光激活光敏蛋白,从而可以实现可见光的远程、低损伤递送。近几年来,基于上转换纳米粒子的光遗传技术得到了迅速发展。本文将总结基于上转换纳米粒子的光遗传技术的研究现状及技术瓶颈,并且结合柔性神经电极技术的发展,对构建可以同时调控与检测活体大脑电活动的低损伤、双向神经界面进行了展望。

氧化铟基纳米催化剂用于二氧化碳选择性加氢的研究进展

二氧化碳选择性加氢反应不仅能减少二氧化碳排放,而且能够制备多种含碳产物,可以作为生产高附加价值化学品与燃料的平台化合物.然而,由于二氧化碳的高化学惰性、碳-碳偶联过程的高能垒和诸多的竞争反应,开发高效的纳米催化剂以促进二氧化碳的活化并转化为多样性的产物显得至关重要.最近,基于氧化铟的纳米催化剂在催化二氧化碳加氢方面受到广泛关注,主要由于其成本低廉,且具有丰富的氧缺陷位点,可有效吸附并活化二氧化碳和氢气.为深入了解反应机理并设计更高性能的潜在纳米催化剂,需对氧化铟基纳米催化剂在二氧化碳加氢方面的研究进展进行总结.本综述首先总结了不同晶型的氧化铟及其与金属氧化物或金属纳米粒子形成的复合催化剂用于催化二氧化碳选择性加氢制备C1产物的性能.随后,探讨了氧化铟与不同类型的沸石的复合物用于催化二氧化碳加氢制备C_(2+)产物的性能.最后,提出了目前氧化铟基纳米催化剂在催化二氧化碳选择性加氢方面存在的挑战和未来的发展方向.希望本文能够为设计具有高活性、高选择性和高稳定性催化二氧化碳加氢的新型氧化铟基纳米催化剂提供一些思路.

绿色氧化剂催化苯胺氧化偶联反应的研究进展

偶氮苯和氧化偶氮苯类化合物在颜料、光学材料、荧光探针和光电器件等领域具有广泛的应用前景.目前,已发展了不同的催化剂和氧化剂用于苯胺氧化偶联制备偶氮苯及氧化偶氮苯类化合物,其中开发绿色环保的氧化体系一直是该研究领域的热点和难点问题.本文综合评述了分别以双氧水和氧气作为氧化剂时,催化苯胺选择性氧化制备偶氮苯及氧化偶氮苯类化合物的研究进展,同时探讨了苯胺氧化的机理,主要包括亚硝基苯中间体机理与自由基偶联机理.最后,总结了催化剂合成和催化机制方面存在的潜在问题和挑战,并对未来的研究方向进行了展望,从而为相关领域的发展提供借鉴.

层间共价增强石墨烯材料的构筑、性能与应用

大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。

生命复杂流体与管理

生命科学蓬勃发展至今,仍面临着巨大的挑战。二十世纪末兴起与发展的纳米科技,带来了思想与技术上的革命,将深刻地影响着人们对生命的再认识。本文从纳米前沿科技与中国核心思维共同关注的表象逻辑出发,基于纳米领域的研究新进展,如微纳米功能生物界面、介观自组织行为,以及限域空间物质输运等,尝试从软物质角度去认识生命体中的复杂流体行为,结合中医"气血运行"理论,讨论生命复杂流体管理这一关键问题,并介绍新近形成的生物力药理学理论,期望为更精确、全面地认识生命活动,以及改进目前的医疗水平提供有益的思路与方法。

无模板法水热合成CoTe及其可见光光催化还原CO_2性能

本文利用无模版水热法合成了碲化钴(CoTe)纳米催化剂。为了避免引入残炭,所有的反应物均为无机化合物。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术对所制备的CoTe纳米材料进行了表征。结果表明,所得产物为具有六方结构的海绵状CoTe,且具有可见光(λ>420 nm)光催化活性。当以N,N-二甲基乙酰胺(DMA)或纯水为溶剂时,二氧化碳(CO_2)均可被光催化还原为甲烷(CH_4),但产率较低。而在催化体系中加入牺牲剂三乙醇胺(TEOA)后,产物由CH_4变为一氧化碳(CO)。这些实验结果表明,溶剂和牺牲剂的引入均可影响CoTe纳米催化剂对CO_2的光催化还原性能。

基于分子识别的免疫层析技术用于新冠肺炎感染的快速诊断

目前由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引发的新冠肺炎疫情仍在全球蔓延.快速筛查并隔离感染者(包括无症状感染者)是遏制疫情传播的重要手段之一.免疫层析技术是一种相对成熟的快速检测技术,由于其操作简单、反应时间短且结果稳定,在生物标志物检测领域具有广阔的应用前景.本文总结了目前免疫层析检测技术在新冠肺炎感染筛查领域的研究进展,涵盖病毒抗体、蛋白、核酸等检测靶标,并对不同检测方法的优势、局限性进行了简要评述,最后简单介绍了目前用于新冠肺炎感染筛查的免疫层析试纸的实际应用情况.

qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用

原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。本文首先介绍NC-AFM的基本构造、高分辨成像机制和力谱测量等工作原理,总结了近年来NC-AFM在表面在位化学反应、低维材料表征和表面电荷分布测量等方面的应用,探讨了NC-AFM技术的发展与完善,展望了NC-AFM面临的机遇和挑战。

多功能肿瘤诊疗一体化的金纳米材料的研究进展

由于良好的生物相容性以及在可见或近红外光区独特的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)性质,金纳米材料体系是目前纳米科学研究领域的一个耀眼的明星体系,该体系在生物医学领域有着广泛的应用.金纳米材料制备简单、形状和尺寸可控,其光学性质如表面增强拉曼散射效应和易于调节至生物体的"透明窗"——近红外区的SPR效应,适合用于诊断检测、成像以及肿瘤光热治疗等.金纳米结构还可以作为载体,载带基因/化疗药物和荧光分子,进行化疗、荧光成像及光动力治疗等.可见,金纳米结构能够同时实现肿瘤的诊断与治疗,为精准医疗的发展提供了新思路.本文重点介绍了几种金纳米结构材料在肿瘤诊疗一体化方面的研究进展.

硅基底石墨烯器件的现状及发展趋势

石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列而形成的具有蜂窝状结构的二维晶体材料,特殊的结构赋予了其优异的性能,如高载流子迁移率、电导率、热导率、力学强度以及量子反常霍尔效应.由于石墨烯优异的特性,迅速激起了人们对石墨烯研究以及应用的热情.石墨烯沉积或转移到硅片后,其器件构建与集成和传统硅基半导体工艺兼容.基于石墨烯的硅基器件与硅基器件的有机结合,可以大幅度提高半导体器件的综合性能.随着石墨烯制备工艺和转移技术的优化,硅基底石墨烯器件将呈现出潜在的、巨大的实际应用价值.随着器件尺寸的纳米化,器件的发热、能耗等问题成为硅基器件与集成发展面临的瓶颈问题,石墨烯的出现为解决这些问题提供了一种可能的解决方案.本文综述了石墨烯作为场效应晶体管研究的进展,为解决石墨烯带隙为零、影响器件开关比的问题,采用了量子限域法、化学掺杂法、外加电场调节法和引入应力法.在光电器件研究方面,石墨烯可以均匀吸收所有频率的光,其光电性能也受到了广泛的关注,如光电探测器、光电调制器、太阳能电池等.同时,石墨烯作为典型的二维材料,其优越的电学性能以及超高的比表面积,使其作为高灵敏度传感器的研究成为纳米科学研究的前沿和热点领域.

植入式柔性神经电极在活体脑电信号检测中的研究进展

植入式神经电极是记录神经电生理信号的一种重要工具,具有单细胞的空间分辨率和亚毫秒级的时间分辨率,在神经科学和神经修复领域具有重要的应用。微纳米加工技术的发展,为植入式神经电极的构建提供了更多的解决方案。基于微纳米加工的植入式刚性电极,由于存在与大脑组织的力学性能不匹配的问题,容易造成大脑组织的免疫反应,影响神经电信号的长期稳定测量。而近年出现的新型植入式柔性神经电极,可与脑组织形成兼容性的界面,引起的免疫反应小,有利于神经电信号的长期稳定测量。此外,植入式柔性神经电极的微型化、高密度和多功能集成也是脑研究新技术的研究热点。本文主要对近年用于活体脑电信号检测的植入式柔性神经电极的相关研究进展进行了评述,包括柔性神经电极结构、电极组织界面、植入方法、微型化方法和集成方法等。

碳纳米材料的表面构筑及其性质研究

表面限域催化的在位化学反应为可控构筑低维碳纳米材料提供了新的思路和手段.结合近期研究工作,本文主要介绍了碳基纳米材料的可控制备和精细表征,包括含有碳碳双键和碳碳三键的有机纳米导线、含有周期性4-8-4元环的石墨烯纳米带等,并简要概述了该领域的国际前沿研究现状.

结直肠癌治疗药物的纳米化及临床转化研究进展

化疗联合、靶向治疗是转移性结直肠癌(m CRC)的主要治疗方式。美国FDA批准的用于m CRC治疗的细胞毒类制剂有伊立替康、奥沙利铂等,但这些药物均具有较严重的治疗相关毒性,甚至导致治疗的中断或终止。因此,利用纳米技术对其进行改造,为实现增加肿瘤部位累积、提高药效、减少或避免不必要的药物暴露、降低毒副作用以及改善药动学性质、改善患者生活质量的目标,针对该领域已进行了广泛研究。综述结直肠癌治疗药物的纳米化研究与开发,以及纳米药物临床转化进展,以期为更多相关纳米药物的临床应用提供参考。

石墨烯化聚合物：一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子能源材料

近年来,用于电化学能源存储和转化的石墨烯材料,得到了研究者们越来越多的关注。但是,这些石墨烯材料不同于严格定义的单原子碳层结构,往往具有孔洞、杂原子和化学官能团等缺陷结构。由于制备方法的不同,缺陷结构各不相同,其电化学性能也表现各异。结构分析表明,这类材料是由类似石墨烯片段的单元与聚合物链共价连接而成,使其具有石墨烯和聚合物的双重特性,我们称之为石墨烯化聚合物。由小分子通过自下而上的方法制备的多孔聚合物,也可以通过进一步热交联等方法,使其形成包含石墨烯片段单元与聚合物链的化学结构。这些材料与石墨烯衍生材料一起组成了石墨烯化聚合物的整个谱系;这个谱系涵盖了由聚合物到石墨烯的过渡区。更重要的是,这类材料特殊的结构与性质,使其成为一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子材料,非常适合作为电极材料应用于电化学能源存储和转化,这为我们深入研究储能器件中电极材料的结构与性能的相关关系提供了很好的材料平台。

基于声发射和长短时记忆神经网络的端对端燃气高压调压器故障诊断

在燃气输配系统中燃气调压器处于关键位置,及时有效地诊断其故障类型具有重要意义。文章提出了一种基于声发射信号和长短时记忆神经网络的端到端故障诊断方法,直接利用时域声发射信号对调压器的运行状态进行诊断。首先,设计一个二阶巴特沃斯高通滤波器对采集的声发射信号进行预处理;其次,利用长短时记忆网络(Long Short Term Memory networks,LSTMs)的记忆特性,构建长短时记忆网络端到端(e2e-LSTM)故障诊断模型。实验结果表明,该模型根据输入的高压调压站采集的声发射信号,能够以端到端模式一次性地诊断五种高压调压器故障。