基於硅藻的生物吸附成形研究

《基於硅藻的生物吸附成形研究》是依託中國農業大學，由張文強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於硅藻的生物吸附成形研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：張文強
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

生物吸附成形，是利用生物材質、結構吸附效應，進行微納顆粒的吸附、搬運、排布操作，實現基於功能微納顆粒的複雜結構成形，滿足理論計算研究和微納器件、功能材料高效製造的需求的新加工手段。本項目以具有複雜微納孔隙結構和表面效應的硅藻為研究工具，在揭示其對不同功能微粒的吸附特性的基礎上，通過合理排布、連線、改性等方式構造出具有優異選擇吸附特性的生物型微粒吸附工具，挑戰功能微粒的可控高效吸附成形的科學技術難題。目標是初步建立生物吸附成形的工藝及理論體系；完善硅藻、功能化微粒、功能器件等不同物理化學屬性、功能特性的檢測、表征手段並構建新的研究平台；生物吸附成形出符合節能環保主題的功能材料和微器件是製造方法上的基礎創新，在微流體、微光學、電磁學等方面有重要的套用前景。

結題摘要

生物吸附成形，是利用生物材質、結構吸附效應，進行微納顆粒的吸附、搬運、排布操作，實現基於功能微粒的複雜結構成形，滿足理論計算研究和微納器件、功能材料高效製造的需求的新加工手段。本項目以硅藻為研究工具，成功獲得了尺度分布穩定，培養條件簡單的3種天然硅藻藻種和1種殼體保持完整，便於篩選的天然硅藻土。研究了硅藻的表面電荷、表面基團，證實硅藻殼微粒顯負電，表面羥基基團豐富。採用AEPTS、PA酸、脫模劑等處理可以實現硅藻的改性，分別表面接枝氨基、電荷變為正電、微粒表面張力增加變為疏水材料。進一步，為利用硅藻實現可控功能單元的吸附成形，研究了硅藻殼體的固定朝向陣列、大面積密排方法；藉助表面張力、氣泡的擾動，成功實現硅藻殼在水面的定向翻轉；利用空氣-水界面自組裝的方式，成功實現分米級硅藻密排結構的製造；藉助PDMS溶脹的作用，實現殼體結構由密排轉陣列，為批量成形奠定技術基礎。課題組結合實際需求，測試並表征了硅藻吸附成形結構在分子檢測、光電轉換、表面拉曼增強等方向的功效。實驗結果顯示：基於硅藻的圖形化結構，可以高效選擇吸附蛋白質分子探針、農藥分子、核酸分子，極大增強信號強度，提升檢測靈敏度；基於硅藻吸附成形的納米鐵-硅藻、NiFe合金-硅藻、TiO2-硅藻等複合微粒，具有優異的電磁效能，將其順排成形功能貼片或功能膜後，電磁吸波/光電轉換效能超出現有的功能產品10%以上。基於硅藻納米孔輔助成形的梅花形納米金陣列和密排硅藻吸附納米微粒構造的“粗糙金基底”可以增強分子的拉曼檢測信號強度，具有拉曼增強效應。本研究成果證實生物吸附成形方法是在符合節能環保主題的功能材料和微器件的製造方法上的基礎創新，在微流體、電磁學等方面有重要的套用前景。