【纳米】基于仿生纳米通道膜材料的甲醛高效检测及去除

来源：X一MOL资讯

随着社会的发展，环境健康问题引起人们广泛的关注。生活中的家具、纸张、化妆品、清洁剂等所散发出的甲醛对人体的健康构成重大威胁。例如，甲醛可以强烈刺激人的眼睛和鼻子，损害中枢神经系统，并通过影响DNA复制诱发癌症等。因此，对甲醛的高灵敏检测也显得尤为重要。目前检测甲醛的方法主要包括气质联用、高效液相色谱、石英晶体微天平法、电化学方法、比色法和荧光法，但存在仪器设备昂贵、样品制备过程复杂、成本高及使用有机溶剂或浓酸等制约因素。所以，开发一款简单、灵敏且经济有效的传感器以检测不同环境中的甲醛是十分有价值的。

在生命体中，生物通道对特定的离子或分子表现出非常高的选择性。受此启发，延安大学张玉琦研究团队联合中科院理化所闻利平研究团队及北大口腔医院卫彦研究团队共同研究，基于机械性能好、尺寸形状可控的固态人工纳米通道体系，通过在纳米通道内表面化学修饰乙二胺，制备了能高灵敏检测甲醛的智能响应平台，并成功应用于细胞培养溶液中的甲醛去除。

该智能纳米通道是基于甲醛和乙二胺之间的亲核加成反应原理，实现对甲醛的高效检测和去除。由于甲醛与乙二胺的加成反应导致纳米通道内的表面电荷密度和润湿性发生变化，使通道从打开状态切换到闭合状态，改变离子的输运状态，通过对离子电流的测量，实现了对甲醛的高灵敏检测，最低检测限10-9 mg/mL，可用于室内空气和海产品中的甲醛检测。该纳米通道薄膜的多孔结构，可以实现复杂基质中甲醛的去除。在含有甲醛的培养基中培养的干细胞可以在该纳米材料的存在下获得良好的生长活力。这项工作为设计和开发具有特殊刺激响应的纳米通道材料提供了思路，在纳流器件、生物传感以及分子过滤器等方面具有潜在的应用价值。

乙二胺功能化的纳米孔：通过控制纳米通道内表面的电荷密度和润湿性，实现甲醛的高灵敏检测

乙二胺功能化的纳米孔具有显著的甲醛去除能力：免疫荧光分析用于观察干细胞分别在含有甲醛、甲醛和纳米孔膜以及不含甲醛的培养基中生长的形态变化。

该成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是延安大学硕士研究生吴凯同学和理化所孔祥玉博士，通讯作者分别为延安大学张玉琦教授、中科院理化所闻利平研究员和北大口腔医院卫彦教授。

Engineered Smart Gating Nanochannels for High Performance in Formaldehyde Detection and Removal

Kai Wu, Xiang-Yu Kong, Kai Xiao, Yan Wei, Congcong Zhu, Ru Zhou, Mengting Si, Jijiang Wang, Yuqi Zhang, Liping Wen

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1807953, DOI: 10.1002/adfm.201807953

张玉琦教授简介

张玉琦，延安大学化学与化工学院教授，2007年于中国科学院化学研究所取得博士学位，2009年至2011年在中国科学院化学研究所做博士后；2015年9月至2016年8月在中国科学院理化技术研究所做中组部“西部之光”访问学者；2017年9月至2018年9月在美国匹兹堡大学做访问学者。

研究领域是功能界面传感材料，主要开展了仿生纳米通道和光子晶体化学传感方向的工作。在相关领域发表SCI论文40余篇，包括以通讯作者发表的Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem.、J. Mater. Chem. C、Macromol. Rapid Commun.、Sens. Actuator B 、Phys. Chem. Chem. Phys.等。获授权发明专利2项。2018年入选陕西省特支计划区域科技创新人才。

https://www.x-mol.com/university/faculty/65720

科研思路分析

Q： 这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：生活中不同来源的甲醛均对人类的健康构成重大威胁。基于此，希望借助仿生纳米通道膜研究平台，实现甲醛的高灵敏检测。

Q：在研究过程中遇到的最大挑战在哪里？

A：本项研究中最大的挑战是平衡纳米通道的检测灵敏性与甲醛分子去除容量。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：基于智能纳米通道传感器的设计思路具有巨大开发潜力，有望在环境、资源、健康等领域取得重要应用并对这些领域相关企业的技术发展产生巨大的推动作用。