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仿生阳离子门控动态液膜纳米通道用于离子和分子的可控传输

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Science China Materials 2024年第8期67卷 2523-2531页

作者：梁春晓王殿宇何少凡张路夏帆田野 Key Laboratory of Bioinspired Materials and Interfacial Science Technical Institute of Physics and ChemistryChinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China School of Chemical Engineering Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001China State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology Engineering Research Center of Nano-Geomaterials of Ministry of EducationFaculty of Materials Science and ChemistryChina University of GeosciencesWuhan 430074China Suzhou Institute for Advanced Research University of Science and Technology of ChinaSuzhou 215123China Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology Chinese Academy of SciencesQingdao 266101China

钙离子门控在生命活动中非常重要,受此启发,人工离子门控得到广泛研究.然而,传统离子门控依赖不对称电荷结构和固定通道尺寸导致通道难以堵塞和门控比低.我们构建了一种阳离子门控动态液膜纳米通道,通过将油滴插入充满离子溶液的毛细管... 详细信息

钙离子门控在生命活动中非常重要,受此启发,人工离子门控得到广泛研究.然而,传统离子门控依赖不对称电荷结构和固定通道尺寸导致通道难以堵塞和门控比低.我们构建了一种阳离子门控动态液膜纳米通道,通过将油滴插入充满离子溶液的毛细管中,利用油和毛细管之间的液膜作为纳米通道传输离子和分子,其高度可通过静电力灵活调节.门控开关依赖于离子价态.多价离子比单价离子更易降低静电斥力,从而使纳米通道从“ON”态变为“OFF”态,并显示出良好的循环门控性能和高开关比.本文提出了一种便利的智能纳米通道,仅需调节油水和水固界面之间的静电力即可调节液膜内离子和分子的传输.该技术在药物输送、生物传感和物种分离等领域具有广阔的应用前景.

关键词：纳米通道多价离子离子溶液门控静电斥力药物输送静电力液膜

基于外表面修饰的固态纳米通道用于生物标志物分析的研究进展

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应用化学 2024年第1期41卷 87-99页

作者：袁丽珍林妮娅张云帆胡晶晶娄筱叮夏帆中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心材料与化学学院武汉430074

生物标志物,如离子、小分子、蛋白质、多糖、核酸和细胞,参与生物体的构建,在生命过程中发挥重要作用。准确检测这些生物标志物对于疾病研究、早期诊断、药物评估和人类健康监测具有重要意义。外表面功能化固态纳米通道在纳米通道的外... 详细信息

生物标志物,如离子、小分子、蛋白质、多糖、核酸和细胞,参与生物体的构建,在生命过程中发挥重要作用。准确检测这些生物标志物对于疾病研究、早期诊断、药物评估和人类健康监测具有重要意义。外表面功能化固态纳米通道在纳米通道的外表面进行修饰,消除了对靶标分子的限制,通过基于离子信号的变化,提升了检测的速度和灵敏度。本文从外表面修饰的固态纳米通道在生物标志物检测方面进行综述,简要介绍了固态纳米通道外表面功能化的方法,重点总结了外表面修饰的固态纳米通道在生物标志物分析上的研究进展,简要展望外表面修饰的固态纳米通道所面临的挑战与发展机遇。

关键词：纳米通道外表面生物标志物

基于纳米通道的电致化学发光传感器的构建及其在小麦真菌毒素检测中的应用研究

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基于纳米通道的电致化学发光传感器的构建及其在小麦真菌毒素检测...

作者：王金金集美大学

学位级别：硕士

真菌毒素是产毒真菌在生长繁殖过程中生成的次生代谢产物,具有毒性强、种类多、分布广的特点,且通常不会因谷物加工或谷物食品烹调加热而被破坏,对人类健康危害极大。因此,建立一种灵敏、快速、简便的真菌毒素检测分析方法对保障食品安... 详细信息

真菌毒素是产毒真菌在生长繁殖过程中生成的次生代谢产物,具有毒性强、种类多、分布广的特点,且通常不会因谷物加工或谷物食品烹调加热而被破坏,对人类健康危害极大。因此,建立一种灵敏、快速、简便的真菌毒素检测分析方法对保障食品安全和维护公众健康至关重要。电致化学发光（ECL）是将电化学与化学发光相结合的一种分析技术,具有背景信号低、操作简单等优点,然而在实际应用中,样品复杂基质对ECL干扰很大,影响了其对目标物检测的准确性和灵敏性。鉴于此,本论文以多孔膜材料作为样品前处理过程中的筛选器件,以氯化三（2,2′-联吡啶）钌（Ⅱ）(Ru（bpy）)、钌硅球（RuSiNPs）、封装有CONH-Ru的介孔二氧化硅纳米粒子（RMSNs）以及鲁米诺-银纳米粒子@二甲基咪唑钴（Luminol-AgNPs@ZIF-67）作为ECL发射体,引入适配体（Apt）和抗体（Ab）作为生物识别探针,分别构建了三种基于纳米通道的ECL生物传感器,成功实现对小麦中脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）和黄曲霉毒素B（AFB）的快速、超灵敏检测。本论文的研究内容主要包括以下三个部分:（1）基于介孔二氧化硅薄膜（MSFs）构建的筛选-捕获一体化ECL传感器,实现对小麦中DON的快速检测。MSFs的狭窄孔道具有尺寸筛选功能,可以避免复杂样品中大分子物质对传感器检测性能的干扰。这为信号探针(Ru（bpy）)顺利到达氧化铟锡导电玻璃（ITO）表面创造了洁净的环境,显著提高了传感器的抗干扰性能。附着在MSFs表面的Apt可以特异性捕获DON,由此形成的DON-Apt复合物会对MSFs产生门控效应,抑制电解液中的Ru（bpy）到达ITO表面。因此,传感器的ECL强度会随DON浓度的升高而降低。在最优实验条件下,筛选-捕获一体化ECL传感器对DON检测的线性范围为0.001～200μg/kg,检出限低至5.27×10μg/kg（S/N=3）。（2）基于金纳米粒子（AuNPs）表面等离子体共振效应（SPR）的放大作用与多孔氧化铝薄膜（AAO）的筛选作用,构建了ECL适配体传感器以高灵敏检测AFB。为了增强RuSiNPs的ECL响应,分别引入碳化钛（MXene）作为导电材料和AuNPs作为SPR材料。粘贴在修饰电极表面的AAO可直接对复杂样品中的干扰物进行尺寸筛选,这不仅确保了传感器的抗干扰性,同时也提高了检测的灵敏度。通过Apt识别捕获AFB,利用所形成的AFB-Apt对电子转移的阻碍作用,实现了对AFB的定量检测。在最优实验条件下,ECL传感器对AFB检测的线性范围为0.01～100μg/kg,检出限为1.5×10μg/kg（S/N=3）。（3）为了实现对两种真菌毒素的同时检测,本研究设计了两种ECL探针,构建了基于纳米孔筛选器件的空间分辨型ECL生物传感器,成功对小麦中的DON和AFB进行了定量检测。首先,将可促进氧自由基（O˙）产生且具有较大比表面积的ZIF-67与Luminol-AgNPs相结合,并以结合而成的Luminol-AgNPs@ZIF-67作为检测DON的ECL探针。其次,将氯化三（4,4-二羧基联吡啶）钌(Ru（dcbpy）Cl)和碳酰肼（共反应剂,CONH）共价连接而成的CONH-Ru封装在介孔二氧化硅中（RMSNs）,并以此作为检测AFB的ECL探针。随后,选择可重复利用的纳米孔筛选器件对待测样品中的大分子干扰物进行筛选,确保了传感平台的抗干扰性能。在最优实验条件下,传感平台在0.005～150μg/kg的DON浓度和0.05～100μg/kg的AFB浓度下均呈现良好的线性关系,检出限分别为1.80×10μg/kg和1.09×10μg/kg（S/N=3）。

关键词：电致化学发光纳米通道生物传感器真菌毒素小麦

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纳米通道适配体传感器对马拉硫磷的检测

排灌机械工程学报 2022年第6期40卷 635-641页

作者：董晓娅王旭锐黄华杰王雪安江苏大学农业农村部植保工程重点实验室江苏镇江212013

准确快速检测水体中农药残留对水体安全至关重要.基于纳米通道电流整流现象,利用适配体特异性结合目标物的特点,构建了电化学适配体传感器,以实现马拉硫磷(Mal)的检测.通过金硫键将Mal适配体1(Apt-1)修饰到镀有金膜的纳米管腔内,利用Mal... 详细信息

准确快速检测水体中农药残留对水体安全至关重要.基于纳米通道电流整流现象,利用适配体特异性结合目标物的特点,构建了电化学适配体传感器,以实现马拉硫磷(Mal)的检测.通过金硫键将Mal适配体1(Apt-1)修饰到镀有金膜的纳米管腔内,利用Mal与Apt-1和适配体2(Apt-2)特异性结合后改变纳米通道内电荷密度的特点,实现Mal的定量检测.采用扫描电镜(SEM)和圆二色谱(CD),对纳米管及通道内部进行表征;对Apt-1在纳米通道内部的修饰浓度、Apt-2的使用浓度、孵育溶液的pH以及孵育时间进行优化.在最佳工作条件下,Mal浓度的对数与传感器的响应电流信号呈线性关系,传感器对Mal的检测线性范围为1.0×10^(-8)~1.0×10^(-6) mol/L,检测限(LOD)为3.33×10^(-9) mol/L.考察了传感器的稳定性以及对Mal的检测选择性,并将传感器用于水样中Mal的分析,所得结果与气相色谱(GC)方法所得结果基本一致.

关键词：纳米通道电化学传感器核酸适配体水样马拉硫磷

电解质种类对锥形纳米通道中动电能量转换特性的影响

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工程热物理学报 2022年第5期43卷 1174-1181页

作者：钱芳郭盼盼韦冬敏崔永赫王秋旺赵存陆热流科学与工程教育部重点实验室西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

压力驱动纳米通道动电能量转换可以将流体的动能直接转换成电能,是一种清洁可再生的电能生产方式。考虑到制备的纳米通道大多具有横截面非均一性,本文选取了锥形纳米通道这一典型的非均一横截面纳米通道,通过数值模拟的方法求解控制动... 详细信息

压力驱动纳米通道动电能量转换可以将流体的动能直接转换成电能,是一种清洁可再生的电能生产方式。考虑到制备的纳米通道大多具有横截面非均一性,本文选取了锥形纳米通道这一典型的非均一横截面纳米通道,通过数值模拟的方法求解控制动电能量转化的多物理场耦合模型,重点讨论了电解质种类(LiCl、NaCl和KCl)和锥形纳米通道锥度对动电能量转换特性和各发电性能参数调整效应的影响。研究发现阳离子扩散系数越小的电解质溶液,于小锥度正向压差时其能量转换效率取得的峰值越大,如LiCl溶液能量转换效率0.85%,高于NaCl溶液(0.7%)和KCl溶液(0.53%)。研究结果对锥形纳米通道在实际动电能量转换应用时电解质种类、串/并联方式和压力驱动方向的选择具有指导意义。

关键词：动电能量转换纳米通道锥度电解质效应

新型蛭石纳米材料通道膜实现工业废水渗透能高效回收

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新型蛭石纳米材料通道膜实现工业废水渗透能高效回收

层状V_(2)O_(5)薄膜中本征漂移和Mott纳米通道用于突触和痛觉感受器模拟

科技日报

作者：史俊斌马长蕊

科技日报讯（记者史俊斌通讯员马长蕊）记者1月29日从西安建筑科技大学获悉，该校环境与市政工程学院、陕西省膜分离技术研究院团队开发的基于二维蛭石纳米材料的异质纳米通道膜，实现在高盐卤水、工业废水等实际水质条件下高效稳定... 详细信息

科技日报讯（记者史俊斌通讯员马长蕊）记者1月29日从西安建筑科技大学获悉，该校环境与市政工程学院、陕西省膜分离技术研究院团队开发的基于二维蛭石纳米材料的异质纳米通道膜，实现在高盐卤水、工业废水等实际水质条件下高效稳定的渗透能回收。相关论文成果发表在《自然·......

关键词：工业废水团队开发纳米材料纳米通道膜分离技术

来源： cnki报纸评论

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cnki报纸

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Science China Materials 2023年第2期66卷 764-771页

作者：薛武红高彩虹张峥韩婷婷侯楠尹文慧石磊王晓铃刘钢许小红 Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education School of Chemistry and Materials ScienceShanxi Normal UniversityTaiyuan 030031China School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程... 详细信息

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程度上存在重复性、可控性、稳定性差和集成困难等问题.本文引入了一种CMOS兼容、简单、稳定的Pt/V_(2)O_(5)/Pt三明治结构器件,并通过在层状V_(2)O_(5)介质层中构建和调控缺氧V_(2)O_(5-x)和Mott VO2纳米通道分别模拟了类脑处理和神经痛觉感知功能.此外,在基于V_(2)O_(5-x)纳米通道突触器件卷积神经网络中,手写数字识别准确率在5个训练后高达80%,52个训练后达到89%.利用Mott VO2纳米通道器件的优异阈值转变完美地模拟了痛觉感受器的所有关键特征.特别是,器件展现了0.4 V的超低阈值电压和亚毫秒级孵化时间.这些结果表明,在Pt/V_(2)O_(5)/Pt单一器件中构建的漂移型和Mott纳米通道能够很好地模拟突触和伤害感受器功能.该工作为开发多功能、超灵敏和高集成人工智能系统提供了新思路.

关键词：阈值电压生物神经系统人工智能系统卷积神经网络纳米通道高集成忆阻器感知功能

纳米通道门控电致化学发光传感芯片的设计及检测霉菌毒素的应用研究

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纳米通道门控电致化学发光传感芯片的设计及检测霉菌毒素的应用研...

作者：邹艺江苏大学

学位级别：硕士

霉菌毒素是一类常见的真菌次生代谢产物,广泛存在于各种谷物产品中,对人类与动物的健康产生严重威胁。所以发展快速、灵敏、低成本的霉菌毒素检测方法具有重要意义。本论文基于经典的鲁米诺（luminol）-HO电致化学发光（ECL）体系,利用... 详细信息

霉菌毒素是一类常见的真菌次生代谢产物,广泛存在于各种谷物产品中,对人类与动物的健康产生严重威胁。所以发展快速、灵敏、低成本的霉菌毒素检测方法具有重要意义。本论文基于经典的鲁米诺（luminol）-HO电致化学发光（ECL）体系,利用多种纳米材料增强其ECL信号,并结合阳极氧化铝（AAO）膜纳米通道可切换门控特性,构建了多种新型ECL生物传感器,并成功应用于灵敏检测T-2毒素、呕吐毒素（DON）及赭曲霉毒素A（OTA）等多种霉菌毒素的检测。具体工作内容如下:1、本项工作成功研制了一种基于纳米通道门控的可重复使用ECL传感器,并应用于T-2毒素的快速检测。首先利用纳米金（Au NPs）良好的催化活性制备luminol/Au NPs作为ECL材料,结合适配体修饰的Au-AAO膜作为传感界面,放置在两个充满不同溶液的腔室之间作为可切换的门控。当目标物出现时,毒素与适配体特异性结合改变其构象,引起Au-AAO膜的开关状态变化,导致抗坏血酸（AA）扩散并影响ECL信号。检测完成后通过加热和洗涤可以释放结合的毒素分子,重新活化传感界面,在多次使用后检测性能保持稳定。该传感器具有灵敏度高、选择性好、成本低、可重复使用的优点,在毒素浓度为10pg·m L～100μg·m L范围内具有良好的线性关系,检出限为3.14 pg·m L,并成功应用于啤酒样品的检测。2、本项工作研制了一种基于Au-AAO膜和双极电极双重信号抑制的ECL传感芯片,并成功应用于DON毒素的快速检测。利用激光刻蚀技术在ITO基底上加工所需双极电极结构,结合3D打印微反应池,将适配体同时修饰在Au-AAO膜表面和双极电极阴极区域,制备得到传感芯片。毒素分子的存在可同时通过调控Au-AAO膜纳米通道开关状态,促进猝灭剂AA的流入和增加双极电极阴极区域空间位阻这两种途径,共同抑制双极电极阳极信号输出区域的ECL信号减小。该传感芯片在毒素浓度为5 pg·m L～10μg·m L范围内与ECL强度具有良好的线性关系,检出限为1.67 pg·m L,可以实现对毒素的特异性灵敏检测。3、本项工作成功研制了一种基于Au-AAO膜和双极电极双重信号增强的ECL传感芯片,并应用于OTA毒素的检测。利用激光刻蚀技术和3D打印技术制备传感芯片,将适配体通过共价键修饰在Au-AAO膜表面,在双极电极阴极区域修饰氧化石墨烯并吸附适配体。目标毒素和适配体的结合会打开纳米通道,引起共反应剂流入。同时和阴极区域适配体的结合会导致其脱离电极表面,减小电极阻抗。通过这两种途径,同时增强ECL信号。该传感芯片在毒素浓度为1 pg·m L～500 ng·m L的范围内与ECL强度具有良好的线性关系,检出限为0.34 pg·m L,实现了对毒素的灵敏检测。

关键词：纳米通道电致化学发光鲁米诺传感芯片霉菌毒素

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

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物理学报 2013年第12期62卷 356-363页

作者：胡海豹鲍路瑶黄苏和西北工业大学航海学院西安710072

微通道内流动因表面积/体积比值极大,造成许多微尺度效应,进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性.本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度εLL,流体原子... 详细信息

微通道内流动因表面积/体积比值极大,造成许多微尺度效应,进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性.本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度εLL,流体原子间平衡距离σLL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σLS对通道内流体密度分布的影响规律.数值模拟中,统计系综取微正则系综,势能函数选用LJ/126模型,壁面设为Rigid-atom壁面,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法.模拟结果表明,随εLL的减弱,近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大;而σLL则同时影响流体原子的存在形态和密度分布,较大的σLL会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列,较小的σLL会使得流体原子呈现不断变化的"团簇"结构;随σLS的变大,近壁面区流体密度振荡幅度增大,且流体密度分布起点离壁面越远.另外,本文还从近壁面区流体原子的"俘获-逃逸"行为角度,初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律.

关键词：纳米通道微流动密度分布分子动力学