浙江大学黄小军团队在PVDF油水分离膜、梯度膜生物检测传感领域取得系列进展

(一)ACS Appl. Mater.InterfacesPVDF油水分离膜材料新成果

频繁的石油泄漏事故和工业含油污水的大量排放严重污染环境、危害人类健康,尤其油田和工业产生的酸性含油废水近年来引起了人们的广泛关注,开发适合于酸性环境且耐酸稳定性优异的油水分离材料迫在眉睫,成为当前的研究热点之一。聚酰胺-胺(PAMAM)树枝状大分子外侧拥有大量的伯氨基团,且氨基数量随其代数的增加而增加,在酸性条件下具有大量活性位点,有望解决这一持续挑战。

本团队从膜结构设计出发,选取无致密皮层的PVDF多孔膜作为基材,首先通过冷等离子体聚合技术制备了丙烯酸接枝PVDF(PVDF-g-PAA)分离膜。在此基础上,将氨基化功能化SiO2 纳米粒子接枝到PVDF-g-PAA膜表面提高表面粗糙度;进一步,通过界面聚合(IP)技术将PAMAM树枝状大分子固定在膜表面提高表面能。通过微纳米粗糙结构、高表面能、酸性环境多氨基响应位点的有机结合实现改性膜的超亲水及水下超疏油性能;所得改性膜的水接触角和水下油接触角分别为0°和150°,在0.9 bar下通量高于3100 L/(m2·h)],分离效率高于99%。最重要的是,PAMAM链上的氨基在酸性条件下通过质子化作用使其从坍塌状态延伸为完全疏松的状态,赋予膜具有较优异的抗油滴粘附性能、抗污染性能、稳定性及重复使用性能。本工作为酸性条件下腐蚀性油水乳液的分离提供了良好的应用前景。

浙江大学黄小军团队在PVDF油水分离膜、梯度膜生物检测传感领域取得系列进展

相关成果以“Fabrication of pH-sensitive superhydrophilic/underwater superoleophobic poly(vinylidene fluoride)-graft-(SiO2nanoparticles and PAMAM dendrimers) membranes for oil–water separation”为题发表在高水平期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF=8.456)。论文的第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授团队的博士后魏晨杰;通讯作者为天津工业大学材料科学与工程学院陈莉教授和浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

(二)Anal. Chem.:梯度膜生物检测传感新成果

近段时间以来,随着人类面临的突发性传染疾病的风险增高,对低浓度生物标志的现场高效可靠快速检测是打赢防疫攻坚战的关键环节之一。即时检测(Point-of-careTesting, POCT)技术不受场所和时间限制,采用便携式的仪器和试剂,在健康促进、疾病诊断、生物应急和检验检疫等领域应用广泛。这一技术不需要依赖大型生化仪器进行检验,也不需要复杂的器件加工流程,缩短了诊断耗时,拓宽了应用范围,具有格外重大的医疗价值。

本团队利用具有独特微结构的立体三维梯度微孔分离膜与微流控技术相结合,提出了“lab-on-hollow fiber membrane (HFM)”的新型三维微流体概念,构建了基于梯度微孔膜多通路微阵列检测平台,并用于多功能生物标志物的即时检测。在本文中,具有梯度孔径和高亲水通量的微孔膜被用作微流体装置基底,膜孔选择性地将大分子截留在内表面内,同时允许小分子自由扩散。3D-HFM检测设备中的微流体模型非常接近Lucas-Washburn和Laplace的模型,表明检测液通过微毛细管作用促进了流体的自驱动向上流动。以葡萄糖为例,通过静电相互作用将高灵敏度的荧光或光学生色试剂固定在HFM中。葡萄糖与生物酶反应生成的羟基自由基使PyroninG荧光试剂发生猝灭,猝灭效率与葡萄糖浓度呈良好的线性关系(1〜22mM,R2=0.997)。此外,该传感平台还可用于分析可见光谱中的尿蛋白或葡萄糖检测,具有广泛的测试范围。与传统的二维平面设备相比,此3D-HFM微流体设备显示出出色的多功能性和均匀性,并具有更的动态检测范围、较高的响应灵敏度和准确性。该生物传感平台集成目标分子选择性筛分,生物酶识别,生物分子的信号传导及读取为一体,这种基于聚合物中空纤维膜基质的新型生物快速检测设备在生化检测与生物传感领域具有巨大应用前景。

浙江大学黄小军团队在PVDF油水分离膜、梯度膜生物检测传感领域取得系列进展

相关成果以“Three-dimensionalmicroporous hollow fiber membrane microfluidic device Integrated with selectiveseparation and capillary self-driven for point-of-care testing”发表在在高水平期刊Analytical Chemistry(IF=6.35),论文的第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授团队的博士研究生吴慧敏;通讯作者为浙江大学高分子科学与工程学系黄小军副教授、杭州师范大学医学院陈大竞教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

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