复合胶管

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽团队在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上发表最新研究成果。该研究开发了一种新策略，通过将电纺纤维网络嵌入水凝胶中，从而实现同时具有超薄结构和优异力学性能的复合水凝胶薄膜（ 5 μm）的构建。纤维复合水凝胶提供了广泛的可调模量（从~ 5 kPa 到几十MPa），这与大多数生物组织和器官的模量相匹配。超薄的结构和超柔软特性使电纺纤维复合水凝胶能够无缝附着在各种粗糙表面上，是构建贴附型生物电子器件的理想材料。 纤维复合水凝胶薄膜基于静电纺丝、旋涂和冻融联合技术构建（图1）。通过调控静电纺丝时间、旋涂时间和冻融次数，实现对纤维复合水凝胶薄膜理化性质的调控（厚度5微米到毫米；模量几千帕到几十兆帕）。例如，增加纺丝时间可显著提高纤维复合水凝胶薄膜的力学性能；提高旋涂速率，有利于降低纤维复合水凝胶薄膜的厚度；增加冻融次数，可提高水凝胶自身的模量。纤维复合水凝胶具有优异的力学强度，一片厚度仅为7微米水凝胶薄膜可轻松托起20g重量的物体。此外，包埋的纤维网络可有效抑制应力集中导致的裂纹扩增，赋予纤维复合水凝胶薄膜优异的抗撕裂性能（图2）。图1 纤维复合水凝胶设计和制备      图2 纤维复合水凝胶薄膜力学性能     常规的水凝胶材料具有容易失水的缺点，长期暴露于空气中时，由于体系水分的蒸发从而使水凝胶体系失效。该研究通过在纤维复合水凝胶体系中掺入甘油作为保水剂，使复合水凝胶体系具有优异的抗失水性能。暴露于空气中七天后，仍具备优异的柔性。此外，为了改善纤维复合水凝胶的导电性，甘油/NaCl体系使纤维复合水凝胶在空气中维持长期的高导电性能（图3）。      图3 纤维复合水凝胶薄膜抗失水性能 得益于纤维复合水凝胶薄膜超软和超薄的特性，其可实现对各种不同粗糙表面的无缝贴附，其广泛可调的力学性能几乎可实现对所有生物软组织（如脑、肝脏、心脏、肺和皮肤）模量的完美匹配，可伴随组织产生形变而不损伤组织，是构建柔性生物电子器件的理想材料（图4）。 图4 纤维复合水凝胶薄膜的柔性和贴附性能      基于甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶构建的贴附型生物电极具有比商业凝胶电极更加优异的信噪比和长期使用性能。商用凝胶电极长期（48h）暴露于空气中会由于失水从而丧失性能，甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极在7天后仍旧保持良好信噪比，可实现对人体肌电信号的采集。甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极用于检测人体肌电信号，可实现对不同运动姿势和不同运动强度肌肉电信号的监测（图5）。     图5 纤维复合水凝胶电极用于人体肌电信号监测 研究人员通过将电纺纤维网络包埋于水凝胶，开发了一种制备超软、超薄、力学增强复合水凝胶的新策略。该工作为超薄柔性生物电子提供了新颖的设计和构建思路。

近年来，随着纳米技术的不断发展，聚合物基纳米复合材料由于其优异的力学性能和功能性在材料领域发挥着越来越重要的作用。然而，如何实现聚合物基纳米复合材料的高效、大规模、绿色环保、可持续且高度可控的制备仍然是一个世界难题。然而，对微生物辅助复合材料制备过程的探索有望为该问题提供一种全新的解决方案。近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队应邀在国际综述期刊《Accounts of Materials Research》上，发表题为“Growing Bacterial Cellulose-Based Sustainable Functional Bulk Nanocomposites by Biosynthesis: Recent Advances and Perspectives”的评述论文，合肥微尺度物质科学国家研究中心管庆方副研究员为该论文的第一作者。作者详细评述了一种被命名为“气溶胶辅助生物合成”的复合材料原位制备新策略，并从其普适性、可控性、三维可设计性、可扩展性和可持续性等方面全面论述了该复合材料制备策略的巨大潜力。该策略巧妙地将纳米材料气溶胶的沉积过程和微生物原位合成高强度细菌纤维素三维纳米网络的过程相结合，成功实现了各种纳米材料在三维纳米网络中均匀分散，并制备得到了一系列兼具高强度和功能性的细菌纤维素基纳米复合材料。首先，作者回顾了聚合物基复合材料的发展历程，进而从复合材料制备过程中的关键要素的时空分布的角度分析复合材料的制备方法，并首次提出了基于关键要素的时空匹配程度评价复合材料制备策略的观点，这一观点为复合材料制备方法的探索提供了新的思路和方向。而后，基于关键要素时空匹配的观点，作者分析了气溶胶辅助生物合成策略具有诸多优势的内在原因，指出了该策略的核心优势在于实现了细菌合成纳米三维网络和纳米材料沉积这两个关键过程的配合。具体来说，该策略是通过实现上述过程的关键要素（氧气、营养物质、细菌和纳米材料等）在时间与空间两个维度上的匹配，成功制备了兼具优异力学性能和功能性的纳米复合材料。在此基础上，可精确控制纳米材料气溶胶沉积过程为该策略带来了普适性、可控性和三维结构可设计性。同时，常温常压下的生物合成过程使得该策略具有充分的可扩展性、环保性以及可持续性。最后，作者展望了这类生物合成的纳米复合材料未来的发展方向以及该领域一些亟待解决的问题，并提出未来有望基于该策略构建高效、安全、低能耗的“细菌工厂”用于生产各类细菌纤维素基功能纳米复合材料的设想。该项研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1021/accountsmr.2c00028

一张覆盖整个珠三角的天网已经形成——本报记者获悉，亚运空气质量保障监测预警支撑体系已经建立。　　该体系主要由亚运场馆空气质量监测网、城市空气质量监测网、粤港珠三角区域空气质量监测网、珠三角大气复合污染立体监测网以及珠三角区域空气质量预报预警系统这几大体系共同组成。　　此前，由于监测指标的不完善，官方公布的监测数据往往与公众的直观感受不相符而屡受诟病。这次一个明显的突破是，这个体系在原来的监测指标的基础上，增加了如臭氧、PM2.5(细颗粒物或可入肺颗粒物)等指标。而此前的监测指标一直是PM10(可吸入颗粒物)和PM100(总悬浮颗粒物)。实际上，PM2.5的毒性更大。　　“目前这方面国家也没有标准，但是广东已经在做了，应该说广东是走得比较前面的。”广东省环境保护监测中心一位受聘于亚组委的21名亚运环境空气质量保障专家组成员告诉本报。　　这只是珠三角构筑完整的空气监测体系所走的第一步。　　全方位空气监测体系保亚运　　空气质量保障体系共设置了55个监测点，其中包括设在亚运场馆和运动员村的21个专题监测点位。而依托于这张天网，广东环境监管部门可以即时获知当前和未来3天内的空气质量数据。　　其中，亚运场馆监测网要求最高——除国家现行空气质量评价体系规定的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、气象5参数外，还包括一氧化碳、臭氧、PM2.5 设有亚运场馆的城市在重要场馆、运动员村等重要位置还设立了灰霾测点。　　根据2008年底广东省政府跟科技部签署的863重大项目——复合污染防治项目。该项目意在"十一五"末，初步形成区域大气复合污染监测预警技术体系、区域污染应急技术支撑体系和区域大气复合污染综合调控技术体系。　　上述专家告诉本报，目前这几个体系已经建立。“863项目”中的预测预警和决策支持等项目，已经在11月1日开始运行。同时，珠三角空气治理的区域联动机制也正式启动。“利用这个项目的最新研究成果，可对珠三角未来72小时空气质量预报，为应急管理提供辅助决策支持。”　　而建立于2006年的粤港珠三角区域空气质量监测网，是国内跨区域联动防治空气污染的一个重大突破。该监测网共有16个监测子站，其中3个在香港 10个城市监测子站分布在珠三角的每个城市中 另外3个是广东省环境保护监测中心负责的区域子站。　　为了亚运，该监测网络的13个空气质量检测子站在11月份之前进行了升级，如增加PM2.5质量浓度分析仪、臭氧校准仪、氮氧化二五分析仪等等多个系统设备。　　这几大监测网络系统的数据，将以每小时一次的频率上报给广东省环境监测中心。“这些数据，是环保部门决定采取措施的关键依据。”该中心办公室主任向云荣对本报透露，如是否启动亚运会空气质量保障极端不利气象条件应急预案，决定部分企业关停、限产甚至车辆限行。　　作为亚运赛事的主战场，广州是亚运空气质量监测网络的核心。　　10年部署：　　筹建复合污染综合防治体系　　亚运空气保障体系的建设，只是珠三角空气复合污染防治的一个步骤。　　日前出台的《珠三角清洁空气行动计划》提出，是到2012年底，地方大气环境标准体系基本建立 到2020年底，建立起先进的大气监测预警体系和完善的大气污染执法监督体系，大气复合污染综合防治体系基本完善。　　“计划的第一项任务，就是保亚运。实际上珠三角的空气治理工作一直都很紧迫，那么这个计划到底管不管用，亚运就是第一检验。亚运过后，其它的机制会一件件落实。”上述专家说。　　向云荣说，亚运会承诺的是二氧化碳、二氧化硫和可吸入颗粒物浓度三项指标。而增加PM2.5、臭氧等指标，则将有助于以后灰霾的治理。其实这些污染物之间的内在变化都有关联性，接下来要开展的系列研究，指标也将远远多于这几个。　　记者获悉，广东正在建设一个大气超级观测站，以加强对光化学烟雾、酸雨、灰霾现象的监测和研究。在区域站的基础上，增加对过氧化氢等超过10个新增区域大气污染关键因子的测量。　　接下来，广东将结合国家863项目，在大气监测网络布局中增加区域子站布点。“以后有条件的镇，都要设立环境监测站。”上述监测中心专家说。同时，将珠三角所有城市站全部纳入区域空气监控网，逐步实现珠三角所有城市站点的数据联网与共享。　　在广东省的计划中，大气敏感区也将设立一套检测预警系统，比如在大亚湾、茂湛、广州、崖门口和汕潮揭等石化基地中，设立空气污染自动监控站点，对挥发性有机污染物等进行监测。在广州、深圳、佛山、东莞等重点城市交通主干道边建立共50个空气质量检测子站，纳入全省空气监控网。　　“关键要控制车辆，这已经是一个共识。”上述监测中心专家解释，在广东，机动车氮氧化物排放量占污染气体排放总量的32.0%，机动车排气污染已成为城市大气污染的主要来源之一。为此，珠三角大气污染治理选择机动车污染控制为突破口。　　该专家告诉本报，上述部分城市的交通干道已经设立了监测站，不过尚未完工 至于石化基地的监控也正在开展当中。本报统计，这些项目总投资为1.6亿元。而在2012年之前，广东在珠三角区域大气复合污染联防联控工程中，将投资164.06亿元。　　值得注意的是，广东正在于区域大气污染防治立法和相关的配套政策方面寻求突破。　　今年11月1日起，广东已经在全国率先实施制鞋行业、印刷行业、家具制造业、汽车制造业等四个行业有机化合物排放标准 明年将增加石化、水泥、陶瓷和玻璃等行业的排放标准。　　广东明年还将着手制定与国际接轨的珠三角大气环境质量评价体系，届时，一氧化碳、PM2.5、臭氧等评价指标，或将作为法定监测项目。　　“大气污染不受行政边界的限制，它不是一个地方能够完成的。从长远来看，地区之间的协调机制也还要继续完善。”上述监测中心专家表示，未来两年内，广东还将就珠三角区域协调管理模式、多污染物总量协同减排等机制展开专门的研究。