荧光水凝胶传感器及其传感响应机制研究进展

荧光水凝胶是一类具有三维交联网络、荧光发射性能的新型高分子复合材料，能够在外界目标分析物的刺激下发生荧光强度或荧光发射颜色的改变。因此，荧光水凝胶能够作为定量检测目标分析物浓度的重要工具，并且表现出良好的荧光稳定性与检测便携性。近年来，研究人员开发出了多种基于不同类型响应机制的荧光水凝胶传感探针，并应用于各种类型目标分析物的检测。在传统的荧光水凝胶传感器的设计过程中，大多数是基于目标分析物与水凝胶内部的荧光材料间高度的特异性识别功能，这需要目标分析物与荧光材料之间的高度一一对应关系，限制了此类荧光水凝胶传感器的检测广泛性。然而，通过间接性作用构建的荧光水凝胶能够引入一个中间媒介作为桥梁进一步实现各类目标分析物的特异性识别与响应。该种级联响应目标分析物的方式打破了传统荧光水凝胶传感器的局限性。本文根据荧光水凝胶传感体系构建过程中所涉及到的信号响应机制，将荧光水凝胶传感器分为三大类，主要包括直接响应型、竞争性响应型、非竞争性响应型，这对于启发人们构建新型荧光水凝胶传感器具有重要的参考意义。最后，对荧光水凝胶传感器在检测领域所面临的机遇与挑战进行了总结与展望。     

DNA水凝胶的设计与构建

DNA水凝胶同时兼有DNA的生物功能和水凝胶的骨架功能,具有良好的生物相容性、生物可降解性、选择特异性、结构可设计性以及精确的分子识别能力等优点,在生物医学领域中应用前景广阔。随着研究的持续深入进行,研究人员巧妙地设计了各种各样的DNA水凝胶的交联制备方法,并通过向其中引入其它功能分子或基元,或与其它类型的功能材料进行结合,构建了具有优异性能的DNA水凝胶。文中从物理水凝胶和化学水凝胶两方面,介绍了DNA水凝胶的研究动态,重点分析和阐述了DNA水凝胶的设计和构建方法以及内部交联机制,并对所存在的问题及未来研究发展趋势进行了总结和展望,为DNA水凝胶的进一步发展提供参考。     

磁性水凝胶作为药物载体的应用研究进展

磁性水凝胶是一类同时具有磁性材料、高分子材料及水凝胶的性质特点的无机/有机复合材料。因具有优良的磁学性能及生物相容性,其作为新一代的药物载体可以实现磁响应、磁靶向及磁热疗等功能,在药物控制释放领域具有广阔的应用前景。对磁性水凝胶的制备方法及其在药物载体领域的研究情况进行了综述,详细介绍了磁性水凝胶作为药物载体的两种药物释放机理(ON/OFF模型及热敏释放原理),及其在磁靶向药物控释、磁热疗和磁共振成像方面的应用研究现状。     

稀土发光材料的制备及其在印刷包装防伪中的应用

目的通过对稀土材料发光原理及制备方法进行简要介绍和分类总结,结合实际应用,阐述其在印刷包装防伪领域有重要的研究价值和产业化应用前景。方法介绍高温固相法、共沉淀法、燃烧法、溶胶凝胶法等稀土掺杂发光材料的制备方法,分类阐述基于不同方法合成的发光材料在印刷包装防伪领域应用的研究进展。结论稀土发光材料在现代功能及智能印刷包装领域有广泛的应用前景,与纸币、邮票、条形码等防伪技术手段进行结合,具有广泛的应用价值和产业化前景。     

盐度超敏感离子水凝胶的制备及其在可视化盐度检测和智能液体阀上的应用（英文）

对超低浓度盐溶液响应产生大尺度形变的功能水凝胶在海水渗透能收集、刺激响应分离材料、智能传感和致动器等方面具有广阔的应用前景.本文结合聚电解质和两性离子聚合物开发了一种盐度超敏感离子水凝胶.以稀盐作为分散介质时,水凝胶体积缩小为原来1/60.本文研究了盐响应水凝胶的溶胀、形态和力学性能,并基于拉曼光谱对聚合物网络盐响应重构行为进行了表征.此外,利用毛细管和盐响应水凝胶成功设计了一种可视化、便携离子检测计,可媲美商用水质监测计.同时开发了具有传感和致动功能的智能液阀,用于自动感应调节液体的流出和输送.该盐敏感水凝胶在淡水监测和调控、海水渗透能收集、刺激响应分离材料、智能软机器人和电子穿戴等方面具有很大的应用潜力.     

雪莲果皮衍生多模式碳量子点的制备及其防伪应用

以生物质废弃物雪莲果皮为碳源,乙二胺为氮源,采用一步水热法制备蓝色荧光氮掺杂碳量子点（N-CQDs）,并探索其在防伪中的应用。实验结果表明：N-CQDs为球形形貌,平均粒径约为1.88 nm;N-CQDs具有类石墨烯结构,表面富含氨基、羧基等官能团;N-CQDs的荧光对Fe3+及pH值具有响应性。以PAA为基质,将N-CQDs制备成丝网油墨,印制的图案在自然光下隐形,在紫外光下显示出蓝色荧光图案,移除紫外光后,呈现绿色磷光图案。此外,在图案上喷涂Fe3+溶液或碱液,其荧光被明显淬灭。基于响应性荧光碳量子点的防伪图案可实现静态、动态两种模式的信息存储,信息安全性与防伪等级更高。     

环糊精衍生物水凝胶材料的研究进展

水凝胶是一种由化学或物理交联的高分子聚合材料,具有亲水性的三维网络结构,使其能够吸收并保持大量的水分。水凝胶相对其他材料有着明显优势,其具有含水量高、性质柔软、通透性高、生物相容性好等优点,这些优异的性质使水凝胶在工业、农业、生物医学乃至生活中都有着广泛的应用。近些年来国内外研究者都致力于开发新型水凝胶,以解决传统水凝胶存在的力学强度差、功能单一的问题。因此,涌现了大批多功能、高强度的新型水凝胶,如温度、pH、光、电磁刺激响应性水凝胶,双网络、互穿网络水凝胶,纳米复合水凝胶,自愈合性水凝胶。其中,环糊精及其衍生物的引入是改善水凝胶不足的重要方法之一。环糊精存在特殊的外缘亲水、内部疏水的环状分子结构以及疏水性空腔,能够通过主客体偶合作用稳定络合疏水性分子。近年来,研究者们充分利用环糊精独特的结构和性质,在设计更好的环糊精衍生物水凝胶结构和功能方面不断地进行尝试,取得了丰硕的研究成果,制备了一系列具有优异性能的环糊精及其衍生物高分子水凝胶。环糊精及其衍生物水凝胶不仅在力学性能方面表现出优势,还具有显著的功能性,如刺激响应性、自修复性、形状记忆性、可注射性等。目前,已报道的环糊精衍生物水凝胶结构多样、性质各异,按其网络结构可分为:(1)化学修饰环糊精作为交联剂合成水凝胶;(2)环糊精衍生物的主客体超分子水凝胶;(3)环糊精衍生物的物理/化学双交联水凝胶;(4)环糊精衍生物的滑环水凝胶。各种交联结构的环糊精衍生物水凝胶的开发,赋予了水凝胶不同的功能和性质,为突破传统水凝胶的应用瓶颈提供了思路,使其在催化工程、药物控释、骨/软骨组织修复和水污染物净化领域具有广阔的应用前景。本文归纳了环糊精衍生物高分子水凝胶的研究进展,按水凝胶的交联结构对环糊精衍生物水凝胶进行分类,分别对环糊精分子、环糊精衍生物水凝胶的结构、制备方法、应用等进行介绍,分析了环糊精衍生物高分子水凝胶所面临的问题并展望其前景,以期为制备多功能、高强度环糊精衍生物水凝胶提供参考。     

基于杯[4]芳烃基超分子凝胶组装进展

超分子凝胶是化合物通过非共价键作用组装成的物理凝胶,具有突出的相变可逆和对外界刺激的灵敏响应。在化合物中引入新的作用位点或新的功能基团,开发新非共价键作用方式和组装方式,以便提高超分子凝胶的性能是当前该领域的研究热点。杯[4]芳烃具有空腔可调、构象可变、结构易修饰、合成方便等优点,将杯[4]芳烃片段引入超分子凝胶提高了凝胶的性能,拓展了凝胶的应用范围。在金属离子、阴离子、主客体、胆固醇片段、酸等不同驱动力作用下,杯[4]芳烃衍生物组装成凝胶。介绍了杯[4]芳烃衍生物的制备方法、凝胶形成机理及其刺激响应性,总结了杯[4]芳烃超分子凝胶在分离、提纯、药物捕捉释放及作为凝胶电解质等方面的应用,对杯[4]芳烃基超分子凝胶的发展进行了展望。     

无机杂化水凝胶的研究进展

无机杂化水凝胶由于具有许多独特的性能而得到广泛应用。但由于传统水凝胶在力学性能、热性能、响应速率和生物相容性等方面存在缺陷,限制了其作为新材料的应用。使用无机纳米粒子等对水凝胶进行复合改性已成为近年来水凝胶研究领域的热点课题之一。文中综述了2010年至2015年初无机杂化水凝胶的研究进展,从材料的制备、性能和潜在的应用进行了阐述,并对其未来发展给予了展望。     

壳聚糖/丙烯酰胺光致变色水凝胶的合成及表征

光致变色系统在视觉信息存储,紫外红外光检测等领域应用广泛,但在便携性,响应灵敏度等方面有待提升。本实验以壳聚糖(CS),丙烯酰胺(PAAm)为基体,Fe~(3+)为交联剂,钼酸铵(Mo7)为光致变色介质合成了CS-Fe~(3+)复合水凝胶。实验结果表明,钼酸铵与Fe~(3+)通过配位键引入水凝胶网络中,Fe~(3+)在一定浓度范围内能增强复合水凝胶的光致变色性能,复合水凝胶对紫外光敏感,暴露在紫外光下仅5 min便开始变色。通过控制紫外光照射时间以及水凝胶所处环境温度,可控制水凝胶光致变色程度及褪色速率。在60℃经过75 min CS-Fe■水凝胶即可完全褪色并重复使用。光照时在水凝胶表面覆盖刻有不同图案的掩模,可在水凝胶上记录不同的信息,赋予水凝胶光学存储性能。将光致变色材料引入水凝胶中不仅使光致变色材料实现便携化,同时水凝胶还具有极佳的光学敏感性,能更好地应用于紫外光检测和视觉信息存储中。     

稀土上转换荧光材料的多模态发光调控及包装防伪应用

单一荧光模态稀土上转换荧光纳米材料存在防伪应用效果不佳的问题,对其发光模态进行调控,可实现对信息的多维度隐藏,提高防伪信息的复制难度,提升防伪应用效果,从而满足多场景的商品包装防伪需求。综述了近年来通过基质调节、核壳组装与复合异质荧光材料,实现稀土上转换荧光材料的多模态发光调控及防伪应用的研究进展,总结了推进该技术实际应用面临的挑战,提出了未来可能的发展方向。     

信息技术在印刷包装防伪上的应用研究进展

目的综述了信息技术在印刷包装防伪上的应用研究进展。方法根据现有文献介绍信息技术在印刷包装防伪上的应用研究进展,重点介绍与智能标签、网络通信技术、数字图像处理技术结合的印刷包装防伪机理与应用案例;分析无线射频识别系统与防伪结合的应用研究;然后介绍移动互联网、通信技术在印刷包装防伪中的应用研究;最后介绍基于图像处理技术的印刷包装防伪应用,拓展信息技术在印刷包装防伪上的应用领域。结果随着现代科技的高速发展、市场的需求和人们防伪意识的增强,防伪技术的改进成为必然的选择。与印刷包装结合的新型防伪技术也将不断朝着智能化、大众化前进。结论随着高端智能信息技术的快速发展,信息防伪的应用潜力巨大,信息防伪在印刷包装上的应用前景非常可观。     

用于包装防伪的稀土上转换发光材料

目的 从增强稀土离子发光的角度考察上转换发光调控及性能,综述稀土发光材料在光学防伪领域的应用,以期为上转换材料与包装材料的功能化研究提供参考。方法 检索近几年文献,介绍上转换发光纳米材料的发光机理、发光性能及调控、光学材料打印技术的研究进展。结果 稀土掺杂的上转换发光纳米材料表现出优异的发光性能,但随着粒径减小,纳米颗粒出现发光效率、量子产量低的问题。利用纳米颗粒表面钝化、表面等离子体耦合、与有机配体结合和外场调节等手段,可以使发光材料的发光效能显著增强。利用喷墨打印、丝网印刷、纳米压印光刻和气溶胶喷印等技术,可以使稀土掺杂的上转换发光纳米材料被打印成多样的防伪图案,在光学防伪、信息存储与标记等领域具有重大应用潜力,有望成为新型功能包装材料。结论 在光学材料合成技术、光学调控和打印技术的共同推动下,稀土掺杂上转换发光纳米材料因其特殊的光学特性,有望为功能化包装防伪技术作出贡献。     

多色长余辉材料的发光性质及动态防伪应用

发光防伪具有可视性强、设计简便的特点, 是众多防伪技术中常用的方法。传统防伪材料存在发光颜色单一、防伪图案和颜色静态的缺点, 易于模仿, 亟需开发可实现动态、可靠防伪性能的发光材料。本工作采用水热法制备了铬掺杂镓锗酸锌多色长余辉材料, 并对其余辉性能和动态防伪应用进行研究。实验结果表明: 通过改变镓锗比, 可以调节蓝绿光和红光区的发射强度, 实现发光颜色的可调。该系列样品在波长为254和365 nm的紫外光激发下分别呈现白色和红色, 发光颜色具有多模态发光特征。此外该系列样品具有多色的余辉发光, 不同颜色的衰减速率不同, 可以实现余辉颜色随时间发生动态变化的效果。据此设计成的防伪图案, 发光颜色在时间维度上具有动态变化特性, 可显著提高防伪安全性, 表明所制备的铬掺杂镓锗酸锌多色长余辉材料在动态防伪领域有重要的应用前景。     

光栅隐形潜像防伪技术研究

目的研究借助光栅材料实现高档印品的防伪技术。方法结合光栅材料特殊的光学特性和半色调图像加网技术,提出隐形潜像防伪技术,采用最小阈值矩阵的原理,实现变角度加网防伪技术。详细论述每种防伪技术的原理,分别使用Photoshop和Matlab编程模拟来实现这些算法。结果以EPSON Stylus Pro7880C为图像输出设备,在隐形潜像防伪技术中,当光栅片线条角度与印刷品呈45°或135°时,可以清晰看到隐藏的潜像信息;在变角度加网中,使用对应光栅在特定角度21.14°条件下叠加在含水印图像上,清楚地观察到了防伪信息。结论通过实验,表明光栅隐形潜像防伪技术在印品防伪中具有较好的应用效果。     

分通道拼接潜像光栅防伪方法

目的根据潜像信息嵌入的通道不同,产生的隐藏和提取效果会存在差异的原理,研究一种拼接潜像分通道嵌入的相位调制光栅防伪技术。方法将蝴蝶形态的潜像分割成对称的左右2个部分,在CMYK 4个通道两两成组分别嵌入潜像的左侧部分和右侧部分,无缝对接形成完整的防伪信息;对整体潜像隐藏性进行主客观评价,证明K版的不适用性;设计与不同加网线数宿主图像所对应的数字光栅,提取隐藏信息,潜像显著性好。结果分通道拼接潜像法有良好的防伪效果,其中潜像的两部分分别位于C版和M版时其隐蔽性与提取显著性均最佳,K版不适合作为防伪信息的嵌入通道,宿主图像的加网线数对拼接潜像的防伪效果无明显影响。结论该研究成果实现了潜像的双通道参与,提高了工艺的复杂性,增强了仿伪效果,为相位调制潜像防伪技术提供了新的理论。     

柠檬酸碳点荧光油墨的制备及其荧光性能

目的 以柠檬酸碳点为荧光色料,制备水性碳点荧光油墨,为其进一步应用于防伪包装和荧光生物传感器提供参考.方法 首先以柠檬酸为碳源,采用高温热解法制备碳点,然后以所制备的碳点作为荧光色料,以乙醇溶液为连接料,以羧甲基纤维素钠为粘合剂和稳定剂,以聚乙烯吡咯烷酮溶液为表面活性剂,制备水性碳点荧光油墨.结果 高倍透射电镜扫描显示,所得碳点结构规整,具有球形形貌;粒径分布范围为1.2～1.8 nm,且在水溶液中无明显聚集,分布均匀.另外,所制备的碳点在365 nm紫外光激发下发出蓝色光,且其荧光发射光谱表现出明显的激发波长依赖性.基于上述碳点的水性荧光油墨在可见光下呈棕黄色,对普通打印纸表现出良好的润湿性.结论 制备出的荧光油墨具有荧光性能,其荧光发射波长不随激发波长的变化而变化,且油墨对普通打印纸具有良好的润湿性能.该研究结果对生物质碳点荧光油墨在生物传感器和防伪包装等方面的应用具有一定的参考价值.     

三色碳点荧光防伪油墨的制备与性能研究

目的 通过优化碳点合成方法和油墨配方,制备一种具有优良防伪效果和印刷适性的环保丝网印刷油墨。方法 以邻苯二胺为碳源,水或乙醇为溶剂,采用溶剂(水)热法制备红色和黄色碳点。以柠檬酸钠和碳酸氢铵为碳源和氮源制备蓝色碳点,并对三色碳点的结构组成和光学性质进行表征和分析。以三色碳点作为荧光颜料,选择乙醇或水作为溶剂,水性环氧树脂或聚丙烯酸树脂作为连接料,通过实验获得最佳配比,制备三色荧光防伪油墨。结果 三色碳点均具有较为均匀的尺寸,在365 nm紫外光激发下分别发射725 nm的红色荧光、450 nm的蓝色荧光和570 nm的黄色荧光,且rCDs、bCDs和yCDs的荧光量子产率分别为56.63%、64.37%和78.26%。通过对pH、细度、黏度等性能测试,该荧光防伪油墨各项印刷适性指标良好。结论 通过优化碳点合成方法可控调节荧光发射光谱,制备出具有较宽的紫外吸收带、较窄的发射光谱带、荧光量子产率高的三色碳点。以此碳点作为荧光颜料可以制备出印刷适性良好的水性油墨,满足荧光防伪印刷的要求。     

障碍式结构包装设计研究

目的系统研究障碍式结构包装的设计方法与规律,旨提供一种解决包装使用安全及商品防伪安全的途径。方法通过对国内外现有的参考文献与相关专利进行梳理与分析,明确障碍式结构包装的概念及特点、细化障碍元素的设计形式,并结合个案研究,归纳总结出其在设计过程中的必要环节与设计关键。结果障碍式结构包装能通过内部的障碍结构来限制目标人群的使用行为,从而在保护特定人群使用安全的同时能对内容物提供一定的防伪、防护功能。结论根据防护需求的不同,其障碍式结构主要分为绝对限制性和条件限制性等2种,在具体设计过程中需要注意障碍元素的适度选择、防护功能的有效激活以及逆向思维的合理应用等关键问题,并针对目前障碍结构包装存在的不足作出了设计展望。