在科技飞速发展的当下,传感器作为获取信息的关键部件,其性能的提升至关重要。静电纺丝技术,凭借独特的材料制备优势,在传感器领域掀起了创新应用的浪潮,为众多行业带来了全新的解决方案。
环境监测:守护地球的 “敏锐触角”
大气污染监测一直是环保工作的重点。传统监测手段往往存在响应速度慢、检测精度低等问题。而基于静电纺丝技术制备的气体传感器,为这一难题提供了新的解决思路。科研团队利用静电纺丝技术,将金属氧化物纳米颗粒均匀分散在聚合物纤维中,构建出对有害气体具有高灵敏度的传感材料。例如,在对二氧化氮(\(NO_2\))的监测中,这种纳米纤维传感器展现出卓越性能。当环境中\(NO_2\)浓度发生微小变化时,纳米纤维的电阻会随之改变,通过精密电路将电阻变化转化为电信号,便能快速、精准地检测出\(NO_2\)浓度。相较于传统传感器,其响应时间从数分钟缩短至数十秒,检测下限可达 ppb(十亿分之一)级别,大大提高了大气污染监测的及时性与准确性,为环境保护提供了有力的数据支持。
吉林大学研制具有光催化自清洁特性高效氢传感器的科研团队,核心人物是卢革宇教授。卢革宇教授现任吉林大学电子科学与工程学院院长、集成光电子学国家重点实验室主任,是国家杰出青年科学基金获得者、教育部创新团队负责人 。他在新型气体传感器构建、纳米传感材料设计与制备等方面成果丰硕,发表高水平研究论文 400 余篇,获取发明专利 54 项。在此次氢传感器的研发中,卢革宇教授凭借深厚的学术造诣与丰富经验,带领团队攻克技术难题,实现了将能快速吸附氢并改变电阻系数的 Pd 纳米粒子,与具有良好传感和光催化性能的半导体(如 TiO₂、SnO₂、ZnO 等)纳米纤维复合,为氢能源安全应用保驾护航。
生物医疗:助力健康的 “微观卫士”
在生物医疗领域,疾病的早期诊断对提高治愈率至关重要。静电纺丝技术在生物传感器方面的应用,为疾病早期检测带来了曙光。以血糖监测为例,研究人员制备了基于静电纺丝纳米纤维膜的葡萄糖传感器。通过在纳米纤维表面修饰葡萄糖氧化酶,当血液中的葡萄糖与酶发生特异性反应时,会产生电信号变化。这种传感器不仅灵敏度高,能够检测到极低浓度的葡萄糖变化,而且具有良好的生物相容性,可实现无创或微创检测。患者只需通过简单的皮肤贴片,就能实时监测血糖水平,避免了传统采血检测的痛苦与不便,为糖尿病患者的日常管理带来了极大便利。
福建师范大学开展 “基于碳纳米角组装体的静电纺丝型电化学仿生传感器的构建及应用” 项目的团队,由刘海清教授牵头。刘海清教授现任福建师范大学化学与材料学院教学副院长、福建省高分子材料重点实验室执行主任。他长期专注于功能高分子材料以及有机无机功能高分子纳米纤维的研究,主持和参与了多项国家自然科学基金等重要项目。在该项目中,刘海清教授带领团队采用碳纳米角及功能化产物作为组装体,结合静电纺丝与自组装策略,针对食源性污染物和多种肿瘤标志物,成功将碳纳米角与分子印迹材料结合,制备含碳纳米角的分子印迹纳米纤维并装配于电化学界面,实现高性能检测,为仿生识别传感器研究积累了宝贵经验。
食品安全:保障餐桌的 “隐形盾牌”
食品安全关系到千家万户。在食品检测中,农药残留检测是重要环节。静电纺丝技术制备的传感器在这方面发挥了关键作用。科研人员利用静电纺丝制备出对有机磷农药具有特异性吸附能力的纳米纤维传感器。当检测食品样本时,纳米纤维能够快速捕获有机磷农药分子,导致纤维的光学或电学性质发生变化,从而实现对农药残留的快速检测。在对蔬菜中常见的敌敌畏农药检测中,该传感器能在短时间内检测出低于国家标准限量的残留量,检测速度比传统方法提高数倍,且操作简便,无需复杂的样品前处理过程,为食品安全快速筛查提供了高效手段。
上海理工大学与澳门理工大学团队在静电纺丝纳米纤维用于水污染检测的研究中,汇聚了两校相关领域的专业人才。上海理工大学在材料科学与工程等学科有着深厚积淀,澳门理工大学在应用科学研究方面成果颇丰。两校研究人员发挥各自优势,利用静电纺丝纳米纤维高比表面积和多孔结构的特性,通过功能化处理,实现对水中重金属、药物残留、染料等污染物的检测和富集。例如在设计特定核 - 壳结构或多孔结构纳米纤维捕捉水污染物并通过电化学或光学传感器反馈浓度的研究中,团队成员紧密协作,进行大量实验与数据分析,最终取得检测灵敏度高、反应时间短、成本低的研究成果,为水污染现场检测提供了有力技术支撑。
静电纺丝技术在传感器领域的创新应用,如同为各行业安装了 “智慧的眼睛”,使其能够更敏锐、精准地感知周围环境变化。随着研究的不断深入,相信静电纺丝技术将在更多领域绽放光彩,为人类社会的发展与进步贡献更大力量。