浙江大学研制成功“百搭”纳米纸

2020-02-11 02:21栏目:教育
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有一张白色的纸,放到腌制食品里,如果它变成了粉红色,那就说明食品里含有致癌的亚硝酸根,含量有多少,可以根据颜色的深浅来判断。听起来,这样的操作方法很简单,就如同初中生化学实验中检测酸碱度的PH试纸一样,实际上,这是一种新的科研成果。不需要利用机器,仅凭目测就能快速检测食物有没有有害物质的方法。近期,英国皇家化学会的一份杂志RSC Advances刊登了有关的研究结果。一张神奇多变的纸把这张纸带到这个世界上的,是浙大理学部化学系的教授黄建国。黄建国说,通过对纸张纤维表面引入相应的功能分子,不仅能够检测到食品里是不是含有亚硝酸根,还能检测到食物里有没有含汞离子、氟离子。检测的方法与测亚硝酸根一样,都是利用纸的颜色变化来判别。黄建国说:“如果含汞离子,纸的颜色就会从紫色变成橙色;如果含氟离子,纸的颜色就会从黄色变成橙色。”当然,除了“色变”检测之外,对纸张纤维素进行必要的修饰,还能让细菌无法生存。“我们在实验中发现,一种碳氟链化合物组装到纸张纤维上,达到了不吸水也不吸油的效果。大家都知道,细菌要繁殖必须有地方依附,可是,它竟然不给细菌生存的空间。做实验的时候,我们试图用砝码压住含有细菌的物体,最后还是无法让细菌停留在它身上。”另外,以纤维素为基础的仿生纳米无机材料还有很多的作用,比如说相应的二氧化钛材料可以作为光触媒降解污水中的有机污染物,尤其是对纺织行业产生的废水;相应的二氧化锡材料还可以检测汽车尾气……一种食品添加剂是幕后帮手一张看上去与普通纸没什么区别的纸,为什么能如此多变?黄建国说,它并不普通。这张纸是用一种普通的原木浆纸张,它是由无数的纤维组成的,具有自然形成的从宏观到纳米以至分子层次的阶层结构,源于造化之功,至少在目前是非人力所能及的。“纸张很薄,但是韧性却很好。就像手套一样,手套越薄越能看出手的形状,动作就越灵活。像医生手术时用的手套就比我们日常用的手套好。”依托这张“纳米纸”,黄建国一直在找一种物质与它百搭。表面富含羟基的二氧化钛薄膜,进入了黄建国的视线。“二氧化钛听起来很学术,其实在我们的生活中随处可见。它是一种食品添加剂,无毒无害。如果大家留心我们吃的食物的外包装袋,十有八九会看到有标注这个成分的说明。”实验室里,研究人员通过特殊的手段,让二氧化钛在纳米级的纤维素周围形成了一层薄壳,也即每一根纳米纤维都被极薄的二氧化钛膜所包裹。这样的“纳米纸”,看起来和原来的纸张一样,不一样的是它的性能。“奇妙的地方是,”黄建国说,因为二氧化钛薄膜表面的羟基具有足够的化学活性,很多具有特异功能的分子都可以组装到二氧化钛包裹的纤维素纤维表面,形成不同功能的新型材料。“所以说,检测汞离子、氟离子、亚硝酸根离子等物质时,我们只要在这样一张纸上添加一些对它们敏感的物质,就可以显现出我们要的效果来。”成本很便宜可以生活化黄建国说,这项科研成果当然可以投入到生活领域。“这种纸的成本很低,而且制作起来也很方便。”黄建国说,一张纳米纸的成本也就几毛钱,还可以用脱脂棉、棉布来代替。“制备方面,把钛的烷氧基化合物的溶液滤过纤维素材料,经过简单的处理,二氧化钛薄膜就包裹到纤维素上去了。”(2013-04-09)

浙大化学系黄建国教授发明了一种“造纸术”:在普通的实验室用滤纸和多种化学分子组合,“复制”出高科技的“纳米纸”,实现功能“72变”。在黄建国教授的实验室里,我们看到了一张四方形状的白色纳米纸,用肉眼看,它和普通的纸没什么不同,但如果将其进行“解剖”的话,就会发现,构成纸张的纤维表面安放了一层对亚硝酸根敏感的染料分子。“这张纸能够测试出腌制食品里是否存在致癌的亚硝酸根,如果有,它的颜色就会从白色变成粉红色,”黄建国说,按颜色的深浅,还可以判断出亚硝酸根的大致含量。近日,英国皇家化学会的一份杂志 RSC Advances刊登了有关的研究结果。2000年,化学专业毕业的黄建国开始在日本理化学研究所深造。那时,“纳米”这一领域在化学和材料科学等学科中的势头正如日中天。“一般看来,都以为纳米是一种很深奥的东西,其实在我们的日常生活中有很多东西都与纳米有关,就是在厨房里也找得到。把平常手边的东西变成高新的纳米材料,其魅力不亚于刘谦的魔术。”2003年起,黄建国开始涉足仿生功能纳米材料的研究。2007年,黄建国回到了国内并在浙大安家落户,同时还带回来做“百搭”纳米纸的构想。做“百搭”的纳米纸,首先要选择合适的“模板”,黄建国就从化学实验室中最常见的滤纸入手。“就像做手套一样,手套越薄,越能看出手的形状,动作就越灵活,”黄建国说,滤纸是一种普通的原木浆纸张,它是由无数的纤维素纤维组成的,具有自然形成的从宏观到纳米以至分子层次的阶层结构,源于造化之功,至少在目前是非人力所能及的。“模板有了,接下来就是复制”,表面富含羟基的二氧化钛薄膜,进入了黄建国的视线。“二氧化钛听起来很学术,其实在我们的生活中随处可见,它是一种食品添加剂,无毒无害的。”黄建国说,如果大家留心我们吃的食物的外包装袋,十有八九会看到有标注这个成份的说明。“选择它来复制由纳米级的纤维素组成的纸,是因为羟基有个很好的特性,就是‘百搭’”。实验室里,研究人员通过特殊的手段,让二氧化钛在纳米级的纤维素纤维周围形成了一道薄壳,也即每一根纳米纤维都被极薄的二氧化钛膜所包裹。如果把其中的纤维素烧掉,就得到一张二氧化钛纳米纸,就像把原来的纸张“化石”了一样,而不一样的是它的性能。“这还不是最奇妙的地方,”黄建国说,因为二氧化钛薄膜表面的羟基具有足够的化学活性,很多具有特异功能的分子都可以组装到二氧化钛包裹的纤维素纤维表面,形成不同功能的新型材料。“这就是为什么说这张纳米纸是‘百搭’的了”。纳米纸的神奇之处在于,它和不同的材料结合能形成不同的特性,黄建国实验室把一种碳氟链化合物组装在二氧化钛包裹的滤纸上,滤纸就变得不吸水也不吸油了。“我们又试着将一些细菌放在这张纸上,结果细菌都不能停留。”黄建国说,那是因为几乎所有的细菌都是亲水性或者亲油性的。“所以,这张纸我们也可以用来当做食品的外包装,这样不仅能够保持食品的清洁,还能有效地降低包装污染,因为纸张是可以很容易地降解的。”(潘怡蒙)

浙江大学化学系黄建国教授用实验室的普通滤纸和二氧化钛薄膜,制作出一种新型纳米纸,这种材料能与多种分子结合并展现不同特性,实现材料应用上的百搭。该项成果的发布,引起社会各界的高度关注。 之所以选择用普通的滤纸和二氧化钛作为基本材料,黄建国教授这样解释,滤纸是一种普通的原木浆纸张,由无数的纤维素纤维组成,具有自然形成的从宏观到纳米以至分子层次的阶层结构,其结构的精细非人力所及,而二氧化钛水解后产生的羟基具有足够的化学活性,能够和绝大多数的分子相结合,这两种材料的特性共同决定了纳米纸万金油的特点。 黄教授通过一种特殊的手段,将二氧化钛薄膜包裹在滤纸上,使二氧化钛在纳米级的纤维素纤维周围形成了一个薄壳,即每一根纳米纤维都被极薄的二氧化钛膜所包裹,形成一张特殊的纳米纸。从肉眼看,纳米纸的外观与普通滤纸没有差别,但却拥有了百搭的奇异功能。如果用含有其他分子的溶液继续浸润纳米纸,就可以制造出不同用途的新材料。 黄建国在纳米纸纤维上铺了一层名为萘胺的染料,让纳米纸变身为一遇亚硝酸盐就变色的检测试纸。按照试纸色彩的浓淡,可以大致判断出亚硝酸根的含量,对于检测腌制食品中的亚硝酸盐浓度非常有效。这项研究于今年2月发表于英国《皇家化学学会进展》期刊。 结合不同的分子,纳米纸也可用于检测水体中汞离子、氟离子的含量,甚至用于检测DNA的特定序列段。而将碳氟链化合物与纳米纸组合而成的防菌纳米纸,还可用于食品保鲜与包装。由于碳氟链化合物不亲油,也不亲水,于是纳米纸也变得油水不沾,细菌也因此无法在纳米纸上停留。 黄建国教授表示现在还很难具体估算纳米纸究竟有多少种用途,但他认为这是一个理想平台,可以针对具体问题设计出相应材料,绝不会局限于目前尝试的几个方向。下一步他们将尝试把处理后的纳米纸用于癌症、糖尿病等疾病的便捷检测。

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