浙江大學黃小軍團隊在PVDF油水分離膜、梯度膜生物檢測傳感領域取得系列進展

(一)ACS Appl. Mater.InterfacesPVDF油水分離膜材料新成果

頻繁的石油泄漏事故和工業含油污水的大量排放嚴重污染環境、危害人類健康,尤其油田和工業產生的酸性含油廢水近年來引起瞭人們的廣泛關註,開發適合於酸性環境且耐酸穩定性優異的油水分離材料迫在眉睫,成為當前的研究熱點之一。聚酰胺-胺(PAMAM)樹枝狀大分子外側擁有大量的伯氨基團,且氨基數量隨其代數的增加而增加,在酸性條件下具有大量活性位點,有望解決這一持續挑戰。

本團隊從膜結構設計出發,選取無致密皮層的PVDF多孔膜作為基材,首先通過冷等離子體聚合技術制備瞭丙烯酸接枝PVDF(PVDF-g-PAA)分離膜。在此基礎上,將氨基化功能化SiO2 納米粒子接枝到PVDF-g-PAA膜表面提高表面粗糙度;進一步,通過界面聚合(IP)技術將PAMAM樹枝狀大分子固定在膜表面提高表面能。通過微納米粗糙結構、高表面能、酸性環境多氨基響應位點的有機結合實現改性膜的超親水及水下超疏油性能;所得改性膜的水接觸角和水下油接觸角分別為0°和150°,在0.9 bar下通量高於3100 L/(m2·h)],分離效率高於99%。最重要的是,PAMAM鏈上的氨基在酸性條件下通過質子化作用使其從坍塌狀態延伸為完全疏松的狀態,賦予膜具有較優異的抗油滴粘附性能、抗污染性能、穩定性及重復使用性能。本工作為酸性條件下腐蝕性油水乳液的分離提供瞭良好的應用前景。

浙江大學黃小軍團隊在PVDF油水分離膜、梯度膜生物檢測傳感領域取得系列進展

相關成果以“Fabrication of pH-sensitive superhydrophilic/underwater superoleophobic poly(vinylidene fluoride)-graft-(SiO2nanoparticles and PAMAM dendrimers) membranes for oil–water separation”為題發表在高水平期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF=8.456)。論文的第一作者為浙江大學高分子科學與工程學系黃小軍副教授團隊的博士後魏晨傑;通訊作者為天津工業大學材料科學與工程學院陳莉教授和浙江大學高分子科學與工程學系黃小軍副教授。該項工作得到瞭國傢自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的資助。

(二)Anal. Chem.:梯度膜生物檢測傳感新成果

近段時間以來,隨著人類面臨的突發性傳染疾病的風險增高,對低濃度生物標志的現場高效可靠快速檢測是打贏防疫攻堅戰的關鍵環節之一。即時檢測(Point-of-careTesting, POCT)技術不受場所和時間限制,采用便攜式的儀器和試劑,在健康促進、疾病診斷、生物應急和檢驗檢疫等領域應用廣泛。這一技術不需要依賴大型生化儀器進行檢驗,也不需要復雜的器件加工流程,縮短瞭診斷耗時,拓寬瞭應用范圍,具有格外重大的醫療價值。

本團隊利用具有獨特微結構的立體三維梯度微孔分離膜與微流控技術相結合,提出瞭“lab-on-hollow fiber membrane (HFM)”的新型三維微流體概念,構建瞭基於梯度微孔膜多通路微陣列檢測平臺,並用於多功能生物標志物的即時檢測。在本文中,具有梯度孔徑和高親水通量的微孔膜被用作微流體裝置基底,膜孔選擇性地將大分子截留在內表面內,同時允許小分子自由擴散。3D-HFM檢測設備中的微流體模型非常接近Lucas-Washburn和Laplace的模型,表明檢測液通過微毛細管作用促進瞭流體的自驅動向上流動。以葡萄糖為例,通過靜電相互作用將高靈敏度的熒光或光學生色試劑固定在HFM中。葡萄糖與生物酶反應生成的羥基自由基使PyroninG熒光試劑發生猝滅,猝滅效率與葡萄糖濃度呈良好的線性關系(1〜22mM,R2=0.997)。此外,該傳感平臺還可用於分析可見光譜中的尿蛋白或葡萄糖檢測,具有廣泛的測試范圍。與傳統的二維平面設備相比,此3D-HFM微流體設備顯示出出色的多功能性和均勻性,並具有更的動態檢測范圍、較高的響應靈敏度和準確性。該生物傳感平臺集成目標分子選擇性篩分,生物酶識別,生物分子的信號傳導及讀取為一體,這種基於聚合物中空纖維膜基質的新型生物快速檢測設備在生化檢測與生物傳感領域具有巨大應用前景。

浙江大學黃小軍團隊在PVDF油水分離膜、梯度膜生物檢測傳感領域取得系列進展

相關成果以“Three-dimensionalmicroporous hollow fiber membrane microfluidic device Integrated with selectiveseparation and capillary self-driven for point-of-care testing”發表在在高水平期刊Analytical Chemistry(IF=6.35),論文的第一作者為浙江大學高分子科學與工程學系黃小軍副教授團隊的博士研究生吳慧敏;通訊作者為浙江大學高分子科學與工程學系黃小軍副教授、杭州師范大學醫學院陳大競教授。該項工作得到瞭國傢自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的資助。

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