海洋所開發(fā)基于海洋能量自驅動的微生物腐蝕防護及傳感新技術
據(jù)估算,2021年我國因海洋腐蝕造成的經濟損失超過10000億元人民幣,其中,生物腐蝕占總海洋腐蝕損失的20%左右。海洋微生物腐蝕預警及防護技術開發(fā)對海洋工程運行來說至關重要。如何快速獲得環(huán)境微生物種類等信息,以及如何利用環(huán)境能量驅動微生物防護技術是亟待解決的問題。
研究團隊基于摩擦納米產電原理,優(yōu)化設計了軟接觸式等多種摩擦納米發(fā)電機模型,可將人體、海洋環(huán)境的能量轉化電能。在此基礎上,將產生的電能作為傳感信號源,利用萬古霉素對微生物細胞壁的特異結合特性識別并捕獲微生物,利用胍基官能團功能化的多壁碳納米管被作為信號放大材料,通過測量生物傳感器的電壓變化,實現(xiàn)快速地、特異性地檢測溶液中的微生物(圖1)。另外,通過結構設計與優(yōu)化,提高了摩擦納米發(fā)電機的輸出電壓,獲得電能輸出效率遠超目前文獻報道的摩擦納米發(fā)電機模型,并將該技術與尖端擊穿放電、紫外殺菌技術結合,實現(xiàn)了自驅動高效新型滅菌技術開發(fā)(圖2)。

圖1. 摩擦納米發(fā)電機驅動的生物傳感系統(tǒng)的制備和檢測示意圖

圖2. 基于環(huán)境能量轉化的微生物腐蝕控制技術示意圖.
論文信息:
1.Changyang Li, Hengyu Guo, Zhiyi Wu, Peng Wang*, Dun Zhang, Yihan Sun, Self-Healable Triboelectric Nanogenerators: Marriage between Self-Healing Polymer Chemistry and Triboelectric Devices, Advanced Functional Materials, 2022, 220832
2.Congyu Wang, Peng Wang*, Junhuan Chen , Liyang Zhu , Dun Zhang , Yi Wan , Shiyun Ai,Self-powered biosensing system driven by triboelectric nanogenerator for specific detection of Gram-positive bacteria,Nano Energy, 2022,93,106828
3.Zhou Zhou , Peng Wang*, Jiawei Li, Congyu Wang, Junhuan Chen, Liyang Zhu, Haitao Zhu, Dun Zhang, A self-powered microbiosensor system for specific bacteria detection based on triboelectric nanogenerator, Nano Energy, 2022,98,107317
4.Junhuan Chen, Xuelian Wei, Baocheng Wang, Ruonan Li, Yanggui Sun, Yating Peng, Zhiyi Wu*, Peng Wang*, Zhong Lin Wang*, Design Optimization of Soft-Contact Freestanding Rotary Triboelectric Nanogenerator for High-Output Performance, Advanced Energy Materials,2021,11, 2102106.
5.Junhuan Chen, Peng Wang*, Jiawei Li, Congyu Wang, Junlei Wang, Dun Zhang, Yating Peng, Baocheng Wang, ZhiyiWu*, Self-Powered Antifouling UVC Pipeline Sterilizer Driven by the Discharge Stimuli Based on the Modified Freestanding Rotary Triboelectric Nanogenerator, Nano Energy,2022, 95, 106969.
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