[發明專利]變色水凝膠活性材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210197303.1
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN115819854A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 王悅靚;壽雯;郭隆華;姚媛媛;陳麗芬
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: C08L5/12
• 分類號: C08L5/12;C08K9/04;C08K3/08;C08J3/075;G01N17/00
• 代理公司: 上海潤伊知識產權代理有限公司 31413
• 代理人: 張苗;戴香蕓

本發明涉及納米復合材料領域，公開了一種變色水凝膠活性材料及其制備方法和應用。所述水凝膠活性材料包括水凝膠基體和在所述水凝膠基體中組裝的活性納米粒子，其中，所述活性納米粒子選自貴金屬納米粒子。本發明提供的水凝膠活性材料具有暗場光學活性，且與具有一定離子強度和/或pH值的溶液接觸時，水凝膠基體中的貴金屬納米粒子的聚集情況會發生變化，使得水凝膠活性材料的顏色以及暗場反射光顏色均發生肉眼可分辨的變化。并且，該水凝膠活性材料的制備和觀測方法均較為簡單高效，適合大規模推廣應用。

技術領域

本發明涉及納米復合材料領域，具體涉及一種變色水凝膠活性材料及其制備方法和應用。

背景技術

貴金屬納米粒子，如金納米粒子和銀納米粒子，在可見光或近紅外波長范圍內表現出強烈的局域表面等離激元共振效應(LSPR)，因此，不同形狀和結構的貴金屬納米粒子材料已經在成像和比色生物分析檢測中得到廣泛應用。為了開發基于貴金屬納米粒子的新型材料和相關傳感器等產品，勢必需要明確在不同溶液環境中貴金屬納米粒子的存在形式和運動規律，研究納米材料的生長、蝕刻和組裝過程和特點。

對納米粒子的運動行為進行原位觀測，需要觀測方法具有足夠的時間和空間分辨率，目前常用的對納米粒子的運動行為進行原位觀測的方法包括動態光散射法、顯微觀測法等。然而，動態光散射法雖然能夠反映納米粒子的運動情況，卻不能直接成像。透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)是采用顯微觀測法對納米粒子的運動行為進行原位觀測的常用方法之一，然而，采用TEM和SEM觀測時，需要在真空環境中對樣品進行觀測，而且還需要對樣品厚度進行嚴格控制，以免樣品過厚無法聚焦導致畫面丟失。顯然，苛刻的觀測條件和樣品要求使得TEM和SEM的觀測難度大大提高，不利于研究工作的進行，而且極大限制了相關產品的研發效率。

相比于電子顯微鏡，光學顯微鏡的觀測條件更為寬松，而且成像速度更快。近年來的研究發現，由于貴金屬納米粒子具有較為強烈的LSPR效應，該性能和材料的組成及分布密切相關。因此在暗場光源的照射下，具有不同的形貌、大小、元素組成以及空間結構的貴金屬納米粒子能夠表現出不同顏色的散射光，從而使得暗場顯微鏡(DFM)成為了更加快速、便捷地觀測貴金屬納米粒子生長、運動、蝕刻和組裝動力學的方法。

然而，除了觀測手段外，對分散相的選擇對于納米粒子的運動行為原位觀測也十分重要。通常，貴金屬納米粒子會在水或水溶液中發生速度較快且運動范圍較大的布朗運動，使得對納米粒子的運動行為觀測較為困難。為了降低布朗運動的影響，通常選擇高黏度的甘油水溶液作為分散相。但是，甘油在納米材料表面的過度吸附將會對其分散程度產生影響，從而干擾對其運動行為的觀測。因此，選擇合適的分散相來進行暗場顯微成像成為了解決原位觀測的關鍵問題。

此外，對于納米復合材料的研發而言，合適的分散相也十分重要，分散相的種類和所含的內容物以及pH值等對于其中的納米粒子的運動行為均可能造成影響，從而使得納米粒子的組裝行為和最終獲得的產品特性具有較大的差別。而且，若能明確在特定分散相中納米粒子的運動和組裝規律，對于不同功能特性的貴金屬納米粒子復合材料的構建、開發和應用將具有重要指導意義。然而，雖然現在已有不少研究人員針對貴金屬納米粒子的觀測方法和設備進行了研究，但是目前對于貴金屬納米粒子在含水體系，例如水凝膠體系等中的運動規律卻鮮有報道。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的貴金屬納米粒子復合材料開發過程中，對納米粒子的運動行為進行原位觀測的方法存在觀測難度大、方法復雜、效率較低等缺陷，且對含水體系(尤其是水凝膠體系)中的納米粒子運動規律研究較少，從而導致相關產品的開發困難等問題，提供一種變色水凝膠活性材料及其制備方法和應用。該水凝膠活性材料具有暗場光學活性，且通過將該材料與不同離子強度和pH值的樣品溶液接觸即可獲得改變水凝膠基體中的貴金屬納米粒子的聚集情況，使得水凝膠活性材料的顏色以及暗場顯微鏡下觀測的散射光顏色發生改變，從而能夠快速判斷樣品的鹽度、酸堿度等特征屬性。該水凝膠活性材料的制備和觀測方法均較為簡單高效，適合大規模推廣應用。