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基本信息

項目名稱：
重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙制備
小類：
能源化工
簡介：
本項目針對目前國家對重金屬防治檢測上的急切需求，結(jié)合大分子自組裝和噴墨打印技術(shù)，開發(fā)了一種新型的重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙。該試紙使用簡單，操作方便，綠色環(huán)保，可以對環(huán)境中重金屬離子進(jìn)行實(shí)時實(shí)地的可視化檢測。而且同一張試紙可以同時檢測多種重金屬離子，打破了現(xiàn)有試紙檢測離子的單一性。本產(chǎn)品現(xiàn)已經(jīng)過多家單位試用，可以滿足水質(zhì)中重金屬離子的定性與半定量檢測，深受用戶好評，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
重金屬污染問題是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)研究的重要內(nèi)容，隨著各產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，重金屬污染越發(fā)嚴(yán)重，致使全球?qū)χ亟饘傥廴炯拔：Χ际种匾暫筒话?；尤其在中國工業(yè)發(fā)展大進(jìn)程中，重金屬污染更是成為“十一五”凸顯的重大環(huán)境問題。黨中央、國務(wù)院秉持“環(huán)保為民”的理念，決策部署一系列行動加強(qiáng)重金屬污染防治，《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》得到國務(wù)院批復(fù)，成為第一個“十二五”國家規(guī)劃，可見對重金屬污染的防治已迫在眉睫。對重金屬污染進(jìn)行防治首先需對環(huán)境中的重金屬離子進(jìn)行檢測。但目前，我國重金屬的檢測能力遠(yuǎn)不能滿足全國的需要，一般只有縣級以上的環(huán)保部門才有專門的大型檢測設(shè)備，操作復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人員，因此檢測成本大，而且不能進(jìn)行現(xiàn)場或在線檢測，及時性差。檢測試紙作為一種便利的檢測手段已開始應(yīng)用于食品、化工、電子、污水處理工業(yè)、電鍍工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。傳統(tǒng)的檢測試紙所用的重金屬檢測探針都是基于小分子的顯色劑，普遍存在選擇性不好、響應(yīng)慢、顯色色階不明顯、易遷移流失和造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)，并且一張試紙只能檢測一種離子，效率較低，所以迫切需要找到一種更快捷有效，綠色環(huán)保，能實(shí)時實(shí)地檢測環(huán)境中重金屬的方法。 本項目針對當(dāng)今社會重金屬離子檢測的迫切性以及傳統(tǒng)檢測試紙的缺點(diǎn)，通過大分子自組裝等高分子方法將重金屬離子敏感基元引入大分子膠束中，自主設(shè)計制備了親水性重金屬檢測智能型大分子納米傳感粒子，對金屬離子具有高度專一識別性，且靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快速、綠色環(huán)保。將該納米粒子在水中直接分散調(diào)制成墨水，制備納米傳感噴墨打印墨水；然后通過噴墨打印技術(shù)將檢測各重金屬離子的傳感墨水噴印到同一張試紙的不同位置，實(shí)現(xiàn)在一張試紙上集成不同金屬離子的傳感基元，制備了能夠同時檢測多種重金屬離子的“JN-重金屬集成檢測試紙”。與大型儀器檢測相比，該試紙檢測具有低成本、便攜操作、實(shí)時實(shí)地可視化檢測的優(yōu)勢；與傳統(tǒng)檢測試紙相比，“JN-重金屬集成檢測試紙”具有檢測性能優(yōu)異、環(huán)保、集成化多組分檢測的優(yōu)勢。從自組裝制備重金屬響應(yīng)性大分子納米傳感粒子到墨水的調(diào)試，最后到噴墨打印制備集成檢測試紙，我們自主研發(fā)了整個項目中的關(guān)鍵技術(shù)，并申請了多項專利，我們的產(chǎn)品具有自主知識產(chǎn)權(quán)。經(jīng)環(huán)保局驗證，本產(chǎn)品可以滿足水質(zhì)中重金屬離子的檢測，同時還用于多家企業(yè)生產(chǎn)線廢水中重金屬離子檢測的試用，深受用戶好評，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。基于現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，“JN-重金屬集成檢測試紙”有望在近期內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；基于市場分析的結(jié)果，使用“JN-重金屬集成檢測試紙”將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為環(huán)境中重金屬離子的檢測提供了一個方便高效的手段，推動國家的環(huán)保進(jìn)程。

作品圖片

  • 重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙制備
  • 重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙制備
  • 重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙制備
  • 重金屬響應(yīng)性納米傳感噴墨集成試紙制備

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：針對檢測重金屬離子的重要性與迫切性以及傳統(tǒng)檢測手段的缺點(diǎn)，開發(fā)出一種既經(jīng)濟(jì)便攜又綠色環(huán)保，既操作簡單又檢測速度快，具有能同時檢測多種重金屬離子功能的集成化試紙。 基本思路：1、采用接枝、大分子自組裝等高分子化學(xué)方法將小分子探針大分子膠束化，制備具有檢測重金屬離子功能的親水性大分子納米傳感粒子；2、將制備的納米傳感粒子在水中直接分散調(diào)制成墨水，制備納米傳感噴墨打印墨水；3、通過噴墨打印技術(shù)將檢測各重金屬離子的傳感墨水噴印到同一張試紙的不同位置，制備本項目的產(chǎn)品——“JN-重金屬集成檢測試紙”。 創(chuàng)新點(diǎn)：1、采用接枝、大分子自組裝等高分子化學(xué)方法制備了新穎的具有檢測重金屬離子功能的親水性大分子納米傳感粒子，克服了小分子探針存在的眾多不足，屬于本項目的自主創(chuàng)新；2、運(yùn)用噴墨打印技術(shù)將含有不同傳感納米粒子的墨水噴印到試紙的不同位置，首次實(shí)現(xiàn)了一張試紙同時對多種重金屬離子的實(shí)時檢測，打破了傳統(tǒng)試紙檢測離子的單一性，屬于本項目的集成創(chuàng)新。 技術(shù)關(guān)鍵：1、運(yùn)用接枝、大分子自組裝等高分子化學(xué)方法制備具有檢測重金屬離子功能的親水性大分子納米傳感粒子；2、噴印墨水的調(diào)制。 主要技術(shù)指標(biāo)：1、定性檢測：通過顯色變化，能夠肉眼判斷被測物中重金屬是否超標(biāo)、哪些重金屬超標(biāo)，顯色圖案清晰明了，檢測區(qū)域之間互不干擾；2、半定量檢測：通過試紙顏色變化程度與標(biāo)準(zhǔn)比色卡的比對來判斷重金屬離子的濃度范圍。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本項目結(jié)合大分子自組裝與噴墨打印技術(shù)開發(fā)了一種新型的具有同時檢測多種重金屬離子功能的集成化試紙。該試紙使用簡單，操作方便，可視化快速檢測，可以對環(huán)境中重金屬離子進(jìn)行實(shí)時實(shí)地檢測，而且同一張試紙可以同時檢測多種重金屬離子，打破了傳統(tǒng)試紙檢測離子的單一性。本項目中檢測重金屬離子的傳感基元是我們通過接枝、自組裝等高分子化學(xué)手段自主設(shè)計制備的新型重金屬檢測智能型高分子納米傳感粒子，對重金屬離子具有高度專一識別性，且靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快速、綠色環(huán)保。同時，本項目采用先進(jìn)的噴墨打印技術(shù)作為最終產(chǎn)品生產(chǎn)的方式，能夠?qū)⒑胁煌瑐鞲谢哪ㄟ^電腦控制噴印到試紙的不同位置，從而實(shí)現(xiàn)通過一張試紙同時檢測多種不同種金屬離子，而現(xiàn)有的重金屬離子檢測試紙都只有單一離子的檢測效果，無法做到多組分的同時檢測。通過查新，在國內(nèi)公開的中文文獻(xiàn)中，未見基于噴墨打印技術(shù)制備可同時用于多種重金屬離子檢測的集成傳感試紙的研究及生產(chǎn)的公開文獻(xiàn)報道。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1、在2011年1月，通過對“基于噴墨打印技術(shù)制備的重金屬離子檢測集成傳感試紙”（報告號201136000L080053）的查新。查新報告表明，在國內(nèi)公開的中文文獻(xiàn)中，未見基于噴墨打印技術(shù)制備可同時用于多種重金屬離子檢測的集成傳感試紙的研究及生產(chǎn)的公開文獻(xiàn)報道。（見附件） 2、惠州中京電子科技股份有限公司、昆山華新電子集團(tuán)有限公司、昆山兢陸電子有限公司和蘇州王氏電路板有限公司反饋產(chǎn)品使用報告。（見附件） 3、中國電子學(xué)會印制電路專委會的行業(yè)評價。（見附件） 4、無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站出具的監(jiān)測報告。（見附件）

作品所處階段

作品已進(jìn)入中試階段，中試工藝流程路線明確。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

簽訂了技術(shù)開發(fā)合同

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、錄像

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢： ①產(chǎn)品本身的性能優(yōu)勢：該產(chǎn)品選擇性好、顯色明顯、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快速，可以對金屬離子做定性檢測和半定量分析，而且一張試紙能夠同時檢測多種離子，這是現(xiàn)有的其它試紙都無法達(dá)到的；②生產(chǎn)工藝優(yōu)勢：噴墨打印簡便易行，原料用量少，不會造成原料的浪費(fèi)，可以高速批量化生產(chǎn)；③對環(huán)境保護(hù)的影響：大分子納米傳感粒子有較好的親水性，可以直接用水做溶劑，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。 適用范圍：用于檢測或?qū)崟r監(jiān)測各水域以及相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)和排放污水的重金屬含量情況。 市場前景與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：該項目產(chǎn)品具有易于攜帶、便于操作、可視化、現(xiàn)場檢測、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，可以作為傳統(tǒng)儀器檢測方法的替代品，不明確精密檢測是否必要時可作為“預(yù)測”工具，排除不必要的精密檢測。目標(biāo)產(chǎn)品綜合制造成本低廉，符合大眾要求并適合公眾的消費(fèi)水平，已有用戶對此表現(xiàn)出興趣。因此本項目制備的“JN-重金屬集成檢測試紙”具有廣闊的市場前景。而且隨著國家對重金屬污染防治的力度加強(qiáng)，以及公眾環(huán)保意識的增強(qiáng)，該試紙的需求力度將逐年遞升。

同類課題研究水平概述

縱觀目前已有的各種重金屬離子檢測技術(shù)，傳統(tǒng)的質(zhì)譜、火焰原子吸收分光光度法等技術(shù)都需要昂貴的大型儀器設(shè)備，檢測費(fèi)用高、操作繁瑣、需要專門的分析檢測人員，且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時實(shí)地檢測。檢測試紙因具有生產(chǎn)廉價、使用便攜、可視化、能快速現(xiàn)場檢測等優(yōu)勢，近年成為來最具活力的一塊研究領(lǐng)域。高志賢等分別用玫瑰紅酸鈉和鎘試劑做顯色劑的制作鉛和鎘檢測試紙，聯(lián)合光電檢測儀測定鉛、鎘，但均存在選擇性差的問題。Scott等利用玫瑰紅酸鈉和鉛的特色反應(yīng)，在試紙上進(jìn)行顯色反應(yīng)，全部測定過程需0.5-1 h，但是操作相對還是比較麻煩。 總的來說，目前報道和使用的檢測試紙所用的都是一些無機(jī)的或有機(jī)小分子金屬離子顯色劑，普遍存在著選擇性不好、顯色速度慢、易遷移流失造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)，在測試前往往還要加入各種掩蔽劑，樣品制備以及處理步驟復(fù)雜繁瑣。同時試紙的制備都是采用浸泡法，過程繁瑣，比較浪費(fèi)原料，而且往往需用到大量的有機(jī)溶劑，對環(huán)境造成不利的影響，不適合工業(yè)大規(guī)模的生產(chǎn)。并且一張試紙只能檢測一種離子，效率較低，所以迫切需要開發(fā)出一種更快捷有效、操作簡單、選擇性好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，且能同時檢測環(huán)境中多種重金屬離子的檢測傳感試紙。作為本項目生產(chǎn)技術(shù)的噴墨打印技術(shù)，由于具有優(yōu)異的性能在國外已較好地應(yīng)用在實(shí)驗科研中以及其他高科技設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)上，其中較為廣泛的一塊就是應(yīng)用到各種傳感設(shè)備的制備上，如Koji等基于噴墨打印技術(shù)的可控性在濾紙上形成具有一定幾何形狀的清晰的親水圖案，而后在圖案區(qū)域內(nèi)噴印化學(xué)傳感物質(zhì)制備了三類傳感器，分別可用于檢測pH、蛋白質(zhì)以及葡萄糖，并通過制定標(biāo)準(zhǔn)曲線實(shí)現(xiàn)了定量檢測。但在國內(nèi)，這方面的應(yīng)用目前尚屬于新興技術(shù)，發(fā)展較為緩慢和不足，特別是在利用噴墨打印技術(shù)制備重金屬離子檢測集成傳感試紙這方面屬于空白，在國內(nèi)屬于一個全新的領(lǐng)域。 綜上，本項目采用大分子自組裝等高分子手段將重金屬離子敏感基元引入大分子膠束，自主研發(fā)了全新的親水性大分子重金屬檢測納米粒子探針，避免了小分子探針的各種不足，并將其成功制備成具有良好噴印性能的大分子功能性墨水，率先活用了噴墨打印技術(shù)，在一張試紙上集成不同金屬離子的傳感基元，首次實(shí)現(xiàn)了一張試紙對多種重金屬離子的實(shí)時檢測。
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