智能高分子调控纳米金低聚体组装及其宏观阵列的构建与高效SERS性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51603219
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0307.智能与仿生材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Surface enhanced Raman scattering (SERS) technology has been widely applied in various important fields such as food safety and environmental monitoring. However, there are still some significant defects in sensitivity and reproducibility, which restrict severely development of SERS technology. High-efficiency SERS-active materials are need urgently to achieve a breakthrough in SERS performances. This research project integrates stimuli responsive polymers with anisotropic Janus gold nanoparticle (AuNP) to precisely control the microscopic self-assembly and macroscopic distribution of AuNP assembly. The AuNP is tuned subtly to assemble into high SERS-active oligomers and further arrange uniformly in a large scale, improving remarkably the sensitivity and reproducibility of SERS detection. In micro-levels, Janus AuNPs with different surface divisions are synthesized and modified subsequently by smart polymers brushes. The stimuli responses of smart polymers are employed to regulate the reversible assembly of Janus AuNP, forming AuNP oligomers in a high yield and adjusting precisely nanoparticle numbers in the oligomers. The realization of this partial work will resolve the problems of low-efficiency and poor regulation in traditional methods. In macro-levels, the assembled AuNP oligomers are tuned to assemble into macroscopic two-dimensional oligomer arrays at liquid/liquid interface, allowing the “hotspots” in the oligomers distribute densely and uniformly in a large-scale area. The achievement of this work will not only receive outstanding SERS-active materials with high sensitivity and high reproducibility, but also suggest a new way for exploring novel nanosensors with high performance.
表面增强拉曼散射(SERS)技术在食品安全、环境监测等重大领域已得到广泛应用,然而在灵敏度和重现性方面仍存在明显不足,严重限制了其发展,急需在高效基底材料方面做出突破。本项目拟结合智能高分子和各向异性Janus纳米金,从微观和宏观两个角度入手,精确调控纳米金自组装形成高效SERS活性的低聚体,并实现低聚体宏观均匀分布,从而大幅提高SERS灵敏度和重现性。微观上,利用智能高分子调节纳米金表面不同化学分区的比例,制备裸露不同表面积的Janus纳米金,进而调控其定向自组装,实现高产率可控制备纳米金低聚体以及精确调控低聚体中粒子数目,从而解决以往高分子制备低聚体产率低、难以精确可逆调控的问题;宏观上,利用界面组装调控纳米金低聚体宏观二维有序排列,构建大面积均匀分布的低聚体阵列,实现“热点”高密度、宏观均匀分布,从而获得高灵敏、高重现性SERS基底,同时为开发新型高效纳米传感器件提供一种新的途径。

结项摘要

作为重要的拉曼检测基底材料,如何精确调控纳米金组装体中粒子间隙及大面积有序组装,对于提高拉曼检测的灵敏度和稳定性具有重要意义。本项目利用智能高分子诱导不对称式或对称式金纳米粒子有序组装形成低聚体,并借助界面组装和界面反应等方法,制备大面积紧密有序排列的纳米金二维薄膜,从而获得具有高效拉曼增强效率及检测稳定性的新型纳米金材料。主要研究内容:(1)不对称金纳米粒子的制备及低聚体可控组装。首先,系统研究了不对称纳米金粒子的制备方法。重点分析两种配体(聚丙烯酸(PAA)/巯基苯乙酸(MPA))的比例、纳米金与配体比例、纳米金尺寸等因素对合成不对称纳米金/SiO2复合粒子的影响。研究发现,PAA/MPA摩尔比在1:15和1:1之间,纳米金与配体PAA的摩尔比为0.01,纳米金尺寸30-40 nm,不对称复合粒子的产率最高。其次,利用可见光和紫外光诱导不对称粒子表面偶氮苯与环糊精基团之间的超分子作用,调控纳米金可逆自组装形成二聚体等低聚体;此外,利用光敏螺吡喃高分子刷和聚乙二醇分子刷调控对称式纳米金可逆组装形成低聚体,实现了光诱导调节纳米金拉曼信号增强的开启和关闭。(2)界面诱导纳米金宏观大面积二维组装。利用油/水或空气/水界面组装及界面反应,成功制备一种纳米金紧密排列的宏观二维自支撑薄膜,调节粒子间隙缩小至0.5 nm,极大的提高了拉曼检测的灵敏度(信号增强因子10^8)和信号稳定性(波动小于5.6%)。(3)纳米金/碳纳米管复合薄膜的制备及其功能化应用。首先,以CNT薄膜作为界面反应器,利用界面组装和原位界面反应,诱导超小尺寸纳米金大面积有序紧密排列,制备宏观二维纳米金/CNT复合薄膜,具有高效的醇氧化反应催化性能;其次,将自支撑纳米金宏观二维薄膜界面转移到CNT薄膜表面,形成双层复合分离薄膜,实现大通量分离和净化油污废水,快速催化分解亚甲基蓝污染物(效率达到99%)。已发表相关研究论文5篇,授权发明专利一项,参加2017年全国高分子学术论文报告会,获得优秀墙报奖,培养毕业硕士研究生2名。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Air/water interfacial growth of Pt nanothorns anchored in situ on macroscopic freestanding CNT thin film for efficient methanol oxidation
原位锚定在宏观独立式 CNT 薄膜上的 Pt 纳米刺的空气/水界面生长,用于有效的甲醇氧化
  • DOI:
    10.1039/c9nj00437h
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    New Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Wei;Zhang Lei;Zhang Gui;Xiao Peng;Huang Youju;Qiang Min;Chen Tao
  • 通讯作者:
    Chen Tao
Designing a reductive hybrid membrane to selectively capture noble metallic ions during oil/water emulsion separation with further function enhancement
设计一种还原杂化膜,在油/水乳液分离过程中选择性捕获贵金属离子,并进一步增强功能
  • DOI:
    10.1039/c8ta01864b
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Lei Zhang;Xian-Hu Zha;Gui Zhang;Jincui Gu;Wei Zhang;Youju Huang;Jiawei Zhang;Tao Chen
  • 通讯作者:
    Tao Chen
Air/ Water Interfacial Formation of "Clean" Tiny AuNPs Anchored Densely on CNT Film for Electrocatalytic Alcohol Oxidation
密集锚定在 CNT 薄膜上的“清洁”微小 AuNP 的空气/水界面形成用于电催化酒精氧化
  • DOI:
    10.1002/admi.201601105
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS INTERFACES
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Zhang Lei;Tao Yingzhou;Xiao Peng;Dai Liwei;Song Liping;Huang Youju;Zhang Jiawei;Kuo Shiao-Wei;Chen Tao
  • 通讯作者:
    Chen Tao
Robust construction of underwater superoleophobic CNTs/nanoparticles multifunctional hybrid membranes via interception effect for oily wastewater purification
通过拦截效应稳健构建水下超疏油碳纳米管/纳米颗粒多功能杂化膜用于含油废水净化
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2018.09.060
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yan Luke;Zhang Gui;Zhang Lei;Zhang Wei;Gu Jincui;Huang Youju;Zhang Jiawei;Chen Tao
  • 通讯作者:
    Chen Tao

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其他文献

油菜精量集中排种器电驱控制系统设计与试验
  • DOI:
    10.13610/j.cnki.1672-352x.20200707.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    安徽农业大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    雷小龙;张磊;杨宏;刘懿乐;李雨涵;罗湄灵
  • 通讯作者:
    罗湄灵
H.264/AVC中基于决策树的P帧快速模式选择
  • DOI:
    10.11834/jig.20140319
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国图象图形学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王萍;张晓丹;张磊
  • 通讯作者:
    张磊
基于NACEMD和改进非参数核密度估计的风功率波动性概率分布研究
  • DOI:
    10.13335/j.1000-3673.pst.2018.0922
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电网技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨楠;黄禹;叶迪;鄢晶;张磊;董邦天
  • 通讯作者:
    董邦天
香港肝癌分期对TACE联合索拉非尼治疗中国人群的预后预测作用
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1008-794x.2022.03.007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    介入放射学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    仲斌演;颜志平;孙军辉;张磊;侯忠衡;张申;段鹏飞;朱晓黎;倪才方
  • 通讯作者:
    倪才方
基于SEA分析验证的混响箱-消声室实验方法设计及隔声性能研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2020.08.037
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张磊;郑旭;陈军;郝志勇
  • 通讯作者:
    郝志勇

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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