[發明專利]一種溫度響應水凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110630245.2
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113444262B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 李攻科;蘇日輝;肖小華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/24;C08K3/08;C08K3/34;G01N21/65
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種溫度響應水凝膠及其制備方法和應用，所述溫度響應水凝膠的制備原料包括：溫敏性單體、硅酸鹽、貴金屬納米粒子和引發劑。本發明的溫敏響應水凝膠干燥后，在低于相轉變溫度時會發生主動吸水溶脹，在水凝膠內部形成負壓，在溶脹過程中將目標分子吸附到水凝膠內部；然后在溫度刺激下發生溫度響應而收縮，體積縮小，從而實現對目標分子的富集，并使目標分子和水凝膠內的貴金屬納米粒子靠近，達到SERS增強的效果。通過在溫敏響應水凝膠中加入硅酸鹽，利用硅酸鹽對水凝膠的機械強度進行有效調節，改善水凝膠的柔軟性，使水凝膠在收縮過程中不坍塌，并在收縮后能夠重復地吸水溶脹，從而提高水凝膠的穩定性。

技術領域

本發明涉及智能水凝膠技術領域，尤其涉及一種溫度響應水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

SERS(表面增強拉曼散射)技術作為一種新型的高靈敏度光譜分析方法，具有所需樣品濃度低、特異性強、檢測速度快、操作簡單以及可實現無損檢測的特點，在食品安全快檢領域越來越受到重視。SERS增強過程涉及分子、金屬表面及其相互作用，目前有多種關于SERS增強機制的理論模型，其中被廣泛接受的主要有電磁場增強和化學增強兩種理論模型。SERS實驗現象十分復雜，現在普遍認為這兩種增強機制在SERS效應中起共同作用，兩種增強機制均要求分析物靠近至金屬表面合適位置。

貴金屬溶膠顆粒因具備其較強的表面等離子體效應，常作為表面増強拉曼光譜中的SERS活性基底。雖然金屬溶膠易制備，但卻有一定的缺點，即只有能吸附到金屬顆粒表面的分子才能被增強，其它吸附力較小的目標分子拉曼增強不顯著。為克服這些缺點，最大的挑戰是將目標分子移動至可以發生表面等離子體共振的位置，因此有大量研究主要集中在提高分析物對金屬納米粒子的親和性。為達到這一目的，可對金屬納米粒子進行表面修飾，如在金屬表面修飾環糊精，氧化石墨烯和適配體等。然而，金屬溶膠不穩定，有時候待測分子能引起金屬溶膠的聚集，或與金屬溶膠發生反應導致SERS信號消失。近年來，發展出很多保護金屬納米粒子穩定性的策略，常見的方法是在金屬納米粒子表面涂上有機或無機涂層外殼，如聚合物，碳和介孔二氧化硅。這些復合納米材料的保護殼提高了金屬納米粒子的機械穩定性更好的信號再現性，并因其具備單組分納米材料所不具備的新性能而受到越來越多的課題組關注。然而，金屬外層有一層殼材料，目標分子向金屬的擴散是有限的，在實際復雜樣品中仍受到限制。因此，需要開發一種具有穩定好，同時能起到分子篩和預富集目標分子的SERS基底。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種溫度響應水凝膠，可讓目標分子富集和接近貴金屬表面，且具有很好的穩定性。

本發明又一個方面提出上述溫度響應水凝膠的制備方法。

本發明又一個方面提出上述溫度響應水凝膠的應用。

本發明采取的技術方案為：

本發明的第一方面是提供一種溫度響應水凝膠，所述溫度響應水凝膠的制備原料包括：溫敏性單體、硅酸鹽、貴金屬納米粒子和引發劑。

根據本發明第一方面的溫度響應水凝膠，至少具有如下有益效果：

溫敏響應水凝膠干燥后，在低于相轉變溫度時會發生主動吸水溶脹，在水凝膠內部形成負壓，在溶脹過程中將目標分子吸附到水凝膠內部，然后在溫度刺激下再發生溫度響應而收縮，體積縮小，從而實現對目標分子的富集，并使目標分子和水凝膠內的貴金屬納米粒子靠近，達到SERS增強的效果。本發明通過在溫敏響應水凝膠中加入硅酸鹽，利用硅酸鹽對水凝膠的機械強度進行有效調節，改善水凝膠的柔軟性，使水凝膠在收縮過程中不坍塌，并在收縮后能夠重復地吸水溶脹，從而提高水凝膠的穩定性。

在本發明的一些實施方式中，所述溫敏性單體、硅酸鹽、貴金屬納米粒子和引發劑的質量比為(300-700):(45-150):(1-6):1。

在本發明的一些實施方式中，所述溫度響應水凝膠的厚度為1.0-2.5mm，優選1.0-2.0mm，最優選為2.0mm。