《上海硅酸盐所研制出新型羟基磷灰石超长纳米线基快速检测试纸》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 姜山
  • 发布时间:2017-04-13
  • 近年来,快速分析检测技术在化学检测、医学诊断、司法鉴定、环境监测和食品检 测等领域具有广泛的应用。 仪器分析方法 具有高测定精度和低检出限 , 但由于所用仪器一般是大型精密仪器 , 且采用交流电做电源 , 操作较为复杂,使用不方便,一般不适合用于现场快速检测。随着科学技术的进步,各种现场性、临时性、快速高效的分析检测手段相继出现,这些分析检测手段大多是通过颜色变化以及变化程度来实现的。试纸法作为一种快速的现场检测方法 , 其特点是操作简单、携带方便、价格便宜 , 并具有一定的选择性、准确性和灵敏度,在医疗卫生、食品、水质、空气及其它检测方面具有广泛的应用。因此,具备诸多优点的检测试纸应运而生。例如,现今市场上销售的早孕试纸为女性判断是否怀孕提供了快速高效的检测手段。

      尿糖检测对分析人体健康状态非常重要,定期尿检已经成为大众生活中不可缺少的一部分。现今, 尿糖检测试纸 已经商品化。在尿糖的检测中,通常需要用到葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶以及显色剂。商业化的尿糖试纸将上述三种物质负载在纸条上,通过显色反应和比色卡来检测尿糖含量。然而,葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶这类天然酶价格高,其制备、提纯和储存均耗时耗力,而且检测活性易受外界环境如 pH 值、温度等影响。

      近年来,具有天然酶活性的人工模拟酶受到人们的广泛关注。通过化学方法合成的人工模拟酶成本低,催化活性较为稳定,有望取代部分天然酶应用于分析检测领域。最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队发明了一种有望用于尿糖检测的快速检测试纸,该检测试纸本身具有类似过氧化物酶的活性,可用于葡萄糖、过氧化氢等物质的快速分析检测。更重要的是该检测试纸制备简单、成本较低、稳定性好,可实现多次重复回收利用。相关研究工作发表在国际重要期刊《欧洲化学》上 ( Fei-Fei Chen, Ying-Jie Zhu, Zhi-Chong Xiong, Tuan-Wei Sun, Chemistry-A European Journal, 23, 3328 − 3337 ( 2017 )) ,入选热点论文和封面论文, 并且申请了一项发明专利。论文发表后不久, Chemistry Views 以 “Chemical Test Paper from Core/Shell Nanofibers” 为题对该研究工作做了报道。 (http://www.chemistryviews.org/details/ezine/10432011/Chemical_Test_Paper_from_CoreShell_Nanofibers.html ) 。

      研究团队发明的方法很简单,在羟基磷灰石 超长纳米线上原位生长具有类过氧化物酶活性的 Fe 基金属有机框架 复合物 ,利用羟基磷灰石超长纳米线上的钙离子与金属有机框架复合物上的羧基之间的耦合作用,制备具有核壳结构的羟基磷灰石超长纳米线 @ 金属有机框架复合物纳米纤维,并将其用于制备快速 检测试纸 。重要的是,该方法制备的快速检测试纸可实现多次回收再利用,只需将使用后变色的检测试纸浸泡在酒精中仅仅 30 分钟后,检测试纸就重新变回原来的颜色。

      高柔韧性羟基磷灰石超长纳米线是新型无机耐火纸的重要制造原料,在此之前,该团队开展了羟基磷灰石超长纳米线的制备方法探索研究,成功地制备出高柔韧性羟基磷灰石超长纳米线 (Ceramics International, 41, 6098–6102 (2015); Materials Letters, 144, 135–137 (2015)) 。该研究工作是新型无机耐火纸的系列研究工作之一,是该团队在成功研发出新型高柔韧性羟基磷灰石超长纳米线耐火纸 (Chemistry-A European Journal, 20, 1242 – 1246 (2014)) 、新型高效抗菌 羟基磷灰石超长纳米线 耐火纸 (Chemistry-A European Journal, 22, 11224–11231 (2016) ,入选封面论文和热点论文 ) 、以及新型羟基磷灰石超长纳米线防水耐火纸 (ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 34715–34724 (2016)) 、羟基磷灰石超长纳米线有序结构纳米绳和柔性耐火织物 (ACS Nano, 10, 11483–11495 (2016)) 之后取得的又一个新的重要研究进展。

      相关研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、中国科学院上海硅酸盐研究所创新重点项目等资助。

    图 1. (a) 不同尺寸和形状的快速检测试纸,标尺为 1 cm ; (b) 检测过氧化氢的基本原理; (c) 检测葡萄糖的基本原理; (d) 对不同浓度的过氧化氢进行分析检测; (e) 对不同浓度的葡萄糖进行分析检测; (f) 检测试纸可实现多次回收再利用。

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  • 《上海硅酸盐所研制出新型耐火“宣纸”》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-12-27
    • 宣纸是中华文化的瑰宝,迄今已有一千多年的历史。宣纸以安徽泾县青檀皮为原料,采用传统手工工艺抄造而成,具有颜色洁白、纹理细密、质地坚韧、润墨性好、耐老化等优点,享有 “ 纸中之王、纸寿千年 ” 的美誉。但是,传统宣纸也存在一些问题:例如,由于安徽泾县地理环境的特殊性,所产宣纸原料具有不可替代性,其原料紧缺;宣纸采用手工制作,需要 100 多个工序,生产周期长达 1~2 年,使其生产效率低、产量小、成本高;此外,宣纸易燃,历史上有不少艺术作品都因火灾而付之一炬。   最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队,针对传统宣纸存在的问题,以无机纳米材料 — 羟基磷灰石超长纳米线为主要构建材料,成功研制出新型耐火 “ 宣纸 ” ,该“宣纸”具有易于书写性,优异的润墨性、抗霉性、耐久性、耐高温性和耐火性等性能。实验结果表明,新型耐火 “ 宣纸 ” 白度高( ~92% ),高于传统宣纸的白度( ~70% )。新型耐火“宣纸”比传统宣纸具有更加优越的防霉性能,实验结果表明,多种霉菌在新型耐火“宣纸”上均不能生长。新型耐火 “ 宣纸 ” 的使用寿命可达至少 3000 年,其性能明显优于传统宣纸。加速模拟老化 2000 年后,新型耐火“宣纸”的白度仍然为 91.6% ,白度保持率高达 99.6% ;而传统宣纸加速模拟老化 2000 年后,其白度只有 47% 左右,白度保持率较低,只有大约 67% 。新型耐火“宣纸”加速模拟老化 3000 年后的白度为 86.7% ,白度保持率仍高达 94.2% ;而传统宣纸加速模拟老化 3000 年后,其白度低于 42.5% ,白度保持率低于 60% 。新型耐火“宣纸”加速模拟老化 3000 年后的白度甚至仍然明显高于没有老化的传统宣纸。在加速模拟老化过程中,新型耐火“宣纸”表现出优异的力学性能,加速模拟老化 3000 年后,耐火“宣纸”的拉伸强度保持率为 81.3% ;而相比之下,传统生宣纸加速模拟老化 3000 年后的拉伸强度保持率仅为 38% ,传统熟宣纸加速模拟老化 3000 年后的拉伸强度保持率为 52.7% 。耐火性能测试表明,传统宣纸在火中仅仅几秒钟就迅速燃烧化为灰烬;而新型耐火“宣纸”具有优异的耐高温和耐火性能,长时间在火中灼烧也不会燃烧并保持完好。此外,新型耐火 “ 宣纸 ” 的制备只需 3 至 4 天,制备周期短,制备效率高。新型耐火 “ 宣纸 ” 有望作为耐高温、耐火书法绘画纸,应用于保护珍贵的艺术作品和重要文件免于火灾的损毁。 相关研究工作发表在美国化学学会期刊 ACS Sustainable Chemistry & Engineering (Li-Ying Dong, Ying-Jie Zhu. Fire-Resistant Inorganic Analogous Xuan Paper with Thousands of Years ’ Super-Durability. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6, 17239 – 17251) 。   相关研究工作得到国家自然科学基金等项目的资助。 新型耐火 “ 宣纸 ” 具有良好的柔韧性,可以任意卷曲,白度高,生物相容性好,制备过程环境友好 传统宣纸在火中几秒钟即快速燃烧化为灰烬;而新型耐火“宣纸”白度高,具有优异的耐高温、耐火性能,长时间在火中灼烧也不会燃烧 新型耐火“宣纸”具有独特的润墨性能。
  • 《上海硅酸盐所研制出新型柔性防水导电耐火纸》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-12-13
    • 因具有优异的性能、适应物理形变的能力以及便于使用等优点,近年来柔性电子器件和可穿戴电子设备倍受人们的青睐。然而,传统的电子器件难以满足柔性和在严酷环境下工作的要求,电子器件的性能易受到周围环境的影响。例如,金属是导电材料的首选,但金属易被氧化和腐蚀,从而降低其性能,甚至导致功能故障;污染物、湿气、雨水、结冰和降雪也会影响电子器件的性能;在水灾、高温或火灾中电子器件也容易毁坏。因此,能在严酷环境中稳定工作的全天候型柔性电子设备引起人们极大的兴趣。     最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的研究团队在羟基磷灰石超长纳米线耐火纸的研究工作基础上,采用羟基磷灰石超长纳米线作为主要原料并负载导电碳黑,再用聚二甲基硅氧烷进行涂层化处理,研制出了新型羟基磷灰石超长纳米线基柔性防水导电耐火纸,集成了防水、导电、电热、耐火阻燃等多个功能,能够在各种严酷的环境例如强酸、强碱、高湿、高温、水下、冰雪天气中全天候稳定工作。羟基磷灰石超长纳米线和导电碳黑构筑了多级粗糙结构,聚二甲基硅氧烷涂层化提供了疏水性,多级粗糙结构和疏水性的协同作用使柔性导电耐火纸具有超疏水表面,具有防水性能、自清洁功能和高热稳定性,还能够耐受各种严酷环境。更重要的是,即使该新型柔性防水导电耐火纸浸泡在水中也能够稳定工作,连接的小灯可持续发光。新型柔性导电耐火纸还具有电热效应,通电后能在短时间内快速升温,有望应用于高效快速除冰。新型柔性防水导电耐火纸还具有优异的耐高温和耐火性能,即使在火中灼烧也可以稳定工作,连接的小灯可持续发光。由于具有多种优异性能,新型柔性防水导电耐火纸在高性能柔性电子器件和可穿戴电子设备中具有良好的应用前景。相关研究结果发表在美国化学会“应用材料与界面 ” 期刊上( Fei-Fei Chen, Ying-Jie Zhu, Zhi-Chao Xiong, Li-Ying Dong, Feng Chen, Bing-Qiang Lu, Ri-Long Yang, ACS Applied Materials & Interfaces2017 , 9 , 39534– 39548) ( 第一作者为上海硅酸盐所在读博士生陈飞飞),并申请了一项发明专利。     该研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、中国科学院上海硅酸盐研究所创新重点项目等资助。