[發明專利]一種高衍射強度的二維膠體晶體-金陣列/智能水凝膠復合材料及可視化傳感器

有效

• 申請號: 201610074378.5
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105738301B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 李越;門丹丹;李檜林;李昕揚;劉廣強
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/41
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;李闖

本發明公開了一種高衍射強度的二維膠體晶體?金陣列/智能水凝膠復合材料及可視化傳感器，采用以下步驟制備而成：在基底上制備單層膠體晶體陣列，并以該單層膠體晶體陣列為模板，采用物理沉積方法在所述模板的表面沉積一層厚度為35～50nm的金膜，從而制得以該金膜為外殼的二維膠體晶體?金陣列；將智能水凝膠的反應液注入所述的二維膠體晶體?金陣列上，并加蓋玻璃片，然后進行10～30min的光聚合處理，再經過剝離，水洗后，制得一種高衍射強度的二維膠體晶體?金陣列/智能水凝膠復合材料。本發明實施例能夠在不借助高反射鏡的條件下獲得強烈的衍射信號，并且具有敏感性、制備工序簡單、成本低廉的特點，適合實際工業應用。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，尤其涉及一種高衍射強度的二維膠體晶體(例如：該膠體晶體可以采用聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、二氧化硅(SiO₂)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))-金(化學元素符號：Au)陣列/智能水凝膠復合材料及可視化傳感器。

背景技術

目前，針對生物化學物質進行檢測主要是依靠拉曼光譜分析法、質譜法、熒光法等傳統的分析方法，但這些分析方法不僅需要昂貴的設備，而且分析過程較為復雜，需要經過專業培訓的人員才能進行儀器操作和分析，此外這些分析方法還無法實現生物化學物質的實時在線檢測，因此如何簡單、經濟、快速、穩定地對生物化學物質進行檢測成為亟待解決的難題。

為了解決這一難題，近年來研究人員研發出一種由膠體晶體與智能水凝膠復合的傳感器。膠體晶體是由次微米或者微米尺寸的膠體球(次微米或者微米尺寸的膠體球通常稱為膠體微球)自組裝而成的有序結構。水凝膠是一種含有大量溶劑的親水性高分子三維網絡，它在水中溶脹但不溶解。根據水凝膠對外界刺激響應情況的不同，水凝膠可分為普通水凝膠和智能水凝膠；普通水凝膠的溶脹率不隨外界條件的變化而變化；智能水凝膠能感知外界環境細微的物理變化或化學變化(例如：pH值、溫度、壓力、電場、磁場、離子強度、紫外光、可見光、特異化學物質等的變化)，并通過體積的溶脹或收縮來響應這些外界刺激，因此也稱為環境敏感型水凝膠。將膠體晶體與智能水凝膠復合后，當智能水凝膠感知到外界物質刺激時，智能水凝膠感的體積會迅速膨脹或收縮，這會使膠體晶體的膠體微球間距發生改變，而膠體晶體的光學性質(或顏色)會隨著膠體微球間距的變化而呈現相應的變化，從而就形成了膠體晶體與智能水凝膠復合的傳感器；如果將膠體晶體呈現相應變化的衍射光波調制到可見光區，那么該傳感器對外界刺激的變化，就可以直接通過宏觀顏色的改變呈現出來，從而就可以形成可視化傳感器。但在現有技術中，由于膠體晶體的膠體微球反射率很低，因此膠體晶體與智能水凝膠復合的傳感器對可見光的衍射強度也非常低，只有借助鋁鏡、金鏡、銀鏡等高反射鏡，才能獲得相應的光學響應表征，這使得膠體晶體與智能水凝膠復合的傳感器在實際應用方面受到很大的局限。

發明內容

針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種高衍射強度的二維膠體晶體-金陣列/智能水凝膠復合材料及可視化傳感器，能夠在不借助高反射鏡的條件下獲得強烈的衍射信號，并且具有敏感性、制備工序簡單、成本低廉，適合實際工業應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高衍射強度的二維膠體晶體-金陣列/智能水凝膠復合材料，采用以下步驟制成：

步驟A、在基底上制備單層膠體晶體陣列，并以該單層膠體晶體陣列為模板，采用物理沉積方法在所述模板的表面沉積一層厚度為35～50nm的金膜，從而制得以該金膜為外殼的二維膠體晶體-金陣列；

步驟B、將智能水凝膠的反應液注入到所述的二維膠體晶體-金陣列上，并加蓋玻璃片，然后進行10～30min的光聚合處理，再經過剝離，水洗后，制得種高衍射強度的二維膠體晶體-金陣列/智能水凝膠復合材料。

優選地，所述的在基底上制備單層膠體晶體陣列包括以下步驟：