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“液体门”不是化学探测中出现的科幻场景

第二看台

本报记者谢凯飞

Alien Technology使用流动的液体“星际之门”来扭曲时间和空间的虫洞,使物质在宇宙中瞬间传播......这就是科幻电影中的场景《星际之门》。发表在国际学术期刊《德国应用化学》上的一项研究可能会使“液体门”逐步变为现实。

最新研究成果来自化学化工学院侯旭团队和厦门大学物理科学与技术学院。该研究首先提出了响应式“液闸”调节机制,通过有限的空间物理和化学界面设计,建立了一种新的材料检测方法,就像铸造门钥匙准确打开一个特定的“液体门”而且很快。

首次构建响应性“液态门”调控机制

在人们的心目中,“门”的概念始终以坚实的形式存在。实际上,液体具有很强的流动性,并且它们之间的相互作用弱于固体中的相互作用。液体分子有规律地排列在一个小区域内。该区域暂时形成。边界和大小将随时改变。由于重力,离心力等,液体会快速流动而不能形成稳定的门。

受到液体“星门”的启发,侯旭教授对“门”形式有了更广泛的了解,并首次提出了“液门”门控的概念。

“液体门”,即液体在多孔膜中的毛细力的作用下稳定地填充在膜的孔中,形成闭合状态。如果“施加”一定压力,“液体门”将快速打开,形成通过隧道内壁上的液体层的通道,就像吸水的海绵一样,需要挤压水以排出水。

已知表面活性剂被称为“工业MSG”,并且由于其亲水性和亲脂性而也称为两亲物。它可以使液体的界面性质发生显着变化,并广泛用于肥皂,洗发剂,护肤品等的生产中。该团队的研究发现,当表面活性剂作为门控液体引入时,它的表现与其他液体不同,为“液体门”提供了极其敏感的转换效果。

研究人员进一步设计了表面活性剂作为门控液体,并利用量子化学计算方法获得了表面活性剂两亲物和被检物质的最佳结构以及母体分子的偶极矩,从而跳出了传统的化学检测方法。它实现了简单,直观且无成本的电化学检测,就像铸开钥匙打开门一样,可以准确,快速地打开特定的“液体门”。

无电可视化检测微量物质

近年来,痕量物质检测技术一般采用光学,电学等信号检测方法,检测信号的输出由专用仪器和设备读取。由于机制的复杂性,通常不是直观获得的测试结果。对电源,电源等的要求限制了设备的尺寸;此外,专业人员需要一般操作,这些综合因素增加了检测成本。

新的“液体门”系统可以将由功能性门控液体中的两亲分子与待检测物质之间的特定相互作用引起的界面张力信息转换成气体跨膜临界压力阈值的变化阈值。在检测时,系统动态调节通过膜的气体,具有压力驱动的标记运动特性。这种用于痕量物质检测的直观新技术可实现分析物成分和浓度变化信息的电光目视检查。

研究人员以二价金属钙离子为例,研究了检测的灵敏度,并设计了一种电光视觉化学检测装置。在该装置中,一端是具有特定压力的腔室系统,另一端是具有显着液滴的管道,并且当待检测的钙被注入“液体门”时,与响应的“液体门”膜组合。 “系统。离子,非常直观地看到管道中标记的液滴的运动。

为什么标记液滴会移动?原理是什么?结果表明,在该检测系统中,两亲分子将在检测对象的偶极诱导下改变界面特性,并且在宏观上看起来会降低表面张力,进一步导致液体浇注系统的阈值压力阈值降低,释放高压气体,并推动标记液滴在管道中移动。

侯旭介绍,在实际的化学检测过程中,检测信号将通过仪器中标记液滴的移动速度和状态直观呈现,从而可以获得检测物体的成分,浓度等信息,在整个过程中没有消耗能量。 “该系统的灵敏度与所用膜材料的性质以及两亲分子的孔径,结构和浓度有关。通常,孔径越小,灵敏度越高,检测灵敏度越高。母分子的化学设计。“ 。

侯旭告诉记者,响应性“液体门”技术突破了传统微量物质化学检测机制和应用的局限。它的操作简单,可以小型化。它不仅适用于快速便携式微检测应用,如重金属污染物。它在食品安全,环境监测和医疗诊断领域也有广阔的应用前景。