本文關(guān)鍵詞：PMMA蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備及其雙酚A分子印跡光子晶體傳感器的構(gòu)建，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：雙酚A(Bisphenol A, BPA)是一種環(huán)境類內(nèi)分泌干擾物,又稱環(huán)境激素類物質(zhì)。作為一種廣泛應(yīng)用的化工材料,目前BPA被濫用于生產(chǎn)罐頭內(nèi)包裝、食品包裝材料、牙科填充劑、嬰兒用品等塑料行業(yè)。大量研究證實(shí),若生命成長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期(孕期和出生后的早期)暴露在BPA中,將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)分泌失調(diào),嚴(yán)重影響胎兒和兒童的正常發(fā)育以及生殖功能等。因此,亟需發(fā)展一種高選擇性和高效率性的檢測(cè)方法以便于監(jiān)測(cè)環(huán)境中的BPA水平。 光子晶體(Photonic Crystals, PCs)是由兩種以上具有不同折光系數(shù)的材料在空間按照一定的周期順序排列所形成的有序結(jié)構(gòu)材料。它具有尺度為光波長(zhǎng)量級(jí)的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,通過(guò)對(duì)這些結(jié)構(gòu)單元的合理設(shè)計(jì),可以調(diào)控PCs的光學(xué)性質(zhì)。這些特性使PCs成為理想的傳感材料,應(yīng)用于化學(xué)和生物傳感器領(lǐng)域。而分子印跡技術(shù)(Molecular Imprinting Technology, MIT)是基于抗原-抗體的識(shí)別原理而采用化學(xué)方法合成的高分子聚合物,也被稱為“人工抗體”。同抗體功能相似,MIPs具有選擇性識(shí)別目標(biāo)分子或與其結(jié)構(gòu)相近的某一類化合物的能力,同時(shí)其化學(xué)性能更為穩(wěn)定。 本文通過(guò)聯(lián)用MIT和PCs技術(shù)構(gòu)建三維仿生光子晶體傳感器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境激素類物質(zhì)BPA的檢測(cè)。為了成功構(gòu)建該傳感技術(shù)平臺(tái),第一部分：首先進(jìn)行了技術(shù)基礎(chǔ)研究。到目前為止,人們面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何控制微球的粒徑大小及粒徑均一化程度,而粒徑大小固定且均一的微球是制備光子晶體所必須的原材料。在本研究中,通過(guò)控制合成時(shí)的各個(gè)條件成功制備了不同粒徑大小且均一的聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)微球,并分別制備了不同結(jié)構(gòu)色的光子晶體。利用所制備的PMMA納米微球構(gòu)建了刺激響應(yīng)性的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體(Polymethyl methacrylate Photonic Crystals, PMMA PCs),并系統(tǒng)的研究了合成條件、微球粒徑、光子晶體結(jié)構(gòu)色以及光學(xué)衍射峰之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Bragge法則計(jì)算結(jié)果具有良好的一致性。而且,我們對(duì)PMMA PCs的刺激響應(yīng)性進(jìn)行了細(xì)致的研究,PMMA PCs對(duì)不同環(huán)境因素的刺激響應(yīng)各不相同,刺激響應(yīng)表現(xiàn)為反射峰的位移或者峰強(qiáng)度的變化,這兩種響應(yīng)方式都可以作為評(píng)估傳感特性的參數(shù)。這些研究為后面?zhèn)鞲衅鞯某晒?gòu)建奠定了基礎(chǔ)。第二部分：仿生光子晶體傳感器構(gòu)建,通過(guò)聯(lián)用分子印跡技術(shù)和光子晶體技術(shù)成功構(gòu)建了分子印跡的蛋白石光子晶體傳感器(Opal Photonic Crystal Sensor, OPCS),此傳感器能快速、無(wú)標(biāo)記的檢測(cè)水溶液中痕量BPA。 這兩部分的研究?jī)?nèi)容具體如下： (1)通過(guò)改變合成條件(包括引發(fā)劑的用量,反應(yīng)時(shí)間,攪拌速度,單體的用量,交聯(lián)劑的用量)控制合成的PMMA納米微球的粒徑。成功制得不同粒徑的微球,粒徑范圍在150～300nm,通過(guò)反復(fù)離心分散均一微球的粒徑,粒徑偏差在±5nm。再利用垂直沉積自組裝的方法將不同粒徑的PMMA微球分別制備成光子晶體。研究微球粒徑-光子晶體結(jié)構(gòu)色-光學(xué)衍射峰之間的關(guān)系,結(jié)果表明隨著PMMA微球粒徑的增大,制備的光子晶體的反射峰的位置逐漸紅移,結(jié)構(gòu)色也各不相同。結(jié)果與布拉格法則基本一致。同時(shí)對(duì)光子晶體的刺激響應(yīng)特性展開(kāi)研究,實(shí)驗(yàn)表明PMMA PCs對(duì)環(huán)境pH的變化不敏感；當(dāng)溫度從60℃降低到10℃的時(shí)候,光子晶體反射峰強(qiáng)度從130降低到了79；當(dāng)體系的乙醇含量由0增加到100%的時(shí)候,光子晶體反射峰峰位置紅移了53nm。光子晶體對(duì)pH,溫度和乙醇敏感性的研究,證明了PMMA PCs對(duì)pH不敏感,有助于該種光子晶體在不同pH的溶劑中的應(yīng)用,溫度使PMMA PCs的峰強(qiáng)產(chǎn)生響應(yīng)變化,而乙醇溶劑則使它的峰發(fā)生了位移,這不但說(shuō)明了PMMA PCs對(duì)溫度和乙醇敏感,還證明了峰強(qiáng)和峰位置的變化,都可以做為評(píng)估光子晶體敏感特性的參數(shù)。這些研究為我們下一步在構(gòu)建蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體傳感器方面奠定了基礎(chǔ)。 (2)第二部分研究中通過(guò)聯(lián)用PCs技術(shù)和MIT,構(gòu)建了分子印跡的蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體傳感器(OPCS),并用于對(duì)水中痕量的BPA進(jìn)行無(wú)標(biāo)記的檢測(cè)。首先通過(guò)無(wú)皂乳液聚合的方法到了粒徑為220±5nm BPA印跡的單分散PMMA納米微球,這樣大量的BPA印跡的納米孔穴就分散存在于PMMA微球中。將單分散的PMMA微球制備成光子晶體,再洗脫目標(biāo)分子BPA,就成功制得了分子印跡的OPCS。微球內(nèi)部的高親和力納米空穴能對(duì)目標(biāo)分子BPA產(chǎn)生特異性的識(shí)別吸附。該傳感器具有三維有序相互交聯(lián)的晶格結(jié)構(gòu),微球間存在規(guī)則的孔隙,有利于目標(biāo)物分子的進(jìn)入、擴(kuò)散和印跡孔穴對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別。結(jié)果顯示,衍射峰峰強(qiáng)度的變化與BPA的濃度相關(guān),該傳感器可用于對(duì)BPA的檢測(cè),檢測(cè)范圍為1ng/mL～1gg/mL。這種新型的傳感系統(tǒng)能快速簡(jiǎn)單、低成本、高選擇性的檢測(cè)BPA。更重要的是,本研究提出了一種新的分析系統(tǒng)用于構(gòu)建新的傳感器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境激素類物質(zhì)的檢測(cè)。
【關(guān)鍵詞】：聚甲基丙烯酸甲酯納米微球 光子晶體 分子印跡的蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體傳感器 納米孔穴 衍射強(qiáng)度 雙酚A
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：O621.3;TP212.2
【目錄】：

• 中文摘要8-11
• Abstract11-14
• ~.略詞表14-15
• 第一章 前言15-39
• 1 引言15-16
• 2 光子晶體(PCS)—高性能的傳感材料16-34
• 2.1 光子晶體技術(shù)的發(fā)展16-17
• 2.2 光子晶體的定義17
• 2.3 光子晶體的特性17-19
• 2.4 光子晶體的制備方法19-25
• 2.4.1 機(jī)械制作的方法19-21
• 2.4.1.1 鉆孔法19-20
• 2.4.1.2 層層疊加法20-21
• 2.4.2 自組裝法(Self-Assembly)21-23
• 2.4.2.1 重力沉降法21-22
• 2.4.2.2 垂直沉積法22-23
• 2.4.3 強(qiáng)制有序法(Park et al.,1999)23-24
• 2.4.4 電泳沉積法24-25
• 2.4.5 離心沉積法25
• 2.4.6 抽濾法25
• 2.5 光子晶體應(yīng)用于傳感器的研究25-34
• 2.5.1 光子晶體傳感器—物理26-28
• 2.5.1.1 光子晶體—溫度傳感器26-28
• 2.5.1.2 光子晶體—壓力傳感器28
• 2.5.2 光子晶體傳感器—化學(xué)28-31
• 2.5.2.1 光子晶體—離子和溫度傳感器28-30
• 2.5.2.2 光子晶體—pH傳感器30-31
• 2.5.3 光子晶體傳感器—生物31-34
• 2.5.3.1 乙酰膽堿酯酶—有機(jī)磷化物31-32
• 2.5.3.2 抗體—流感病毒32-34
• 3 分子印跡技術(shù)34-37
• 3.1 分子印跡技術(shù)的發(fā)展34-35
• 3.2 分子印跡技術(shù)的定義和原理35
• 3.3 分子印跡技術(shù)的分類35-36
• 3.4 分子印跡聚合物的制備36
• 3.4.1 聚合物制備的材料組成36
• 3.4.2 聚合方法36
• 3.5 分子印跡聚合物在傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用36-37
• 3.6 與光子晶體結(jié)合制備傳感器的優(yōu)勢(shì)37
• 4 課題的提出及本論文研究的內(nèi)容和意義37-39
• 第二章 PMMA納米微球粒徑控制及其制備的光子晶體響應(yīng)特性研究39-61
• 1 引言39-40
• 2 實(shí)驗(yàn)材料和方法40-46
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料40-41
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備41-42
• 2.3 實(shí)驗(yàn)流程圖42-43
• 2.4 粒徑均一的PMMA微球的制備43-44
• 2.4.1 PMMA微球的制備43
• 2.4.2 均一PMMA微球的粒徑43-44
• 2.5 PMMA蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備44
• 2.5.1 旋涂法制備光子晶體44
• 2.5.2 抽濾法制備光子晶體44
• 2.5.3 垂直沉積法制備光子晶體44
• 2.6 合成條件對(duì)微球粒徑的影響實(shí)驗(yàn)44-45
• 2.7 PMMA蛋白石光子晶體的環(huán)境因素刺激響應(yīng)性研究45
• 2.7.1 光子晶體對(duì)pH的刺激響應(yīng)性45
• 2.7.2 光子晶體對(duì)溫度的刺激響應(yīng)性45
• 2.7.3 光子晶體對(duì)溶劑乙醇的刺激響應(yīng)性45
• 2.8 PMMA微球粒徑的計(jì)算方法45-46
• 2.9 光子晶體的光學(xué)性能測(cè)試46
• 2.10 PMMA蛋白石光子晶體的宏觀結(jié)構(gòu)顏色表征46
• 2.11 PMMA蛋白石光子晶體的形貌表征方法46
• 3 結(jié)果與討論46-60
• 3.1 PMMA粒徑與合成條件的關(guān)系46-53
• 3.1.1 單體MMA的量與微球粒徑的關(guān)系46-49
• 3.1.2 引發(fā)劑KPS的量與微球粒徑的關(guān)系49-50
• 3.1.3 攪拌速度與微球粒徑的關(guān)系50-51
• 3.1.4 反應(yīng)時(shí)間與微球粒徑的關(guān)系51-52
• 3.1.5 交聯(lián)劑EDGMA的量與微球粒徑的關(guān)系52-53
• 3.2 單分散性53-54
• 3.3 自組裝方法對(duì)PMMA光子晶體的影響54-55
• 3.4 微球粒徑-光子晶體反射峰-結(jié)構(gòu)色55-57
• 3.5 響應(yīng)性研究57-60
• 3.5.1 PMMA光子晶體對(duì)pH的響應(yīng)性57-58
• 3.5.2 PMMA光子晶體對(duì)溫度的響應(yīng)性58-59
• 3.5.3 PMMA光子晶體對(duì)乙醇的響應(yīng)性59-60
• 4 結(jié)論60-61
• 第三章 雙酚A分子印跡的蛋白石光子晶體傳感器構(gòu)建61-75
• 1 引言61-63
• 2 材料與方法63-67
• 2.1 儀器與試劑63
• 2.2 BPA印跡的PMMA納米微球的制備63-64
• 2.3 均一微球的粒徑,得到220(±5)NM的PMMA微球64-65
• 2.4 BPA分子印跡和非印跡PMMA蛋白石光子晶體的制備65
• 2.5 模板分子BPA的洗脫65
• 2.6 MIPP和NIPP對(duì)BPA的吸附實(shí)驗(yàn)65
• 2.7 BPA印跡的蛋白石光子晶體傳感器的響應(yīng)特異性分析65-66
• 2.8 溶劑甲醇對(duì)傳感器的影響研究66
• 2.9 響應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)66
• 2.10 表征方法66
• 2.11 BPA印跡光子晶體對(duì)BPA的吸附實(shí)驗(yàn)的流程圖66-67
• 3 結(jié)果與分析67-74
• 3.1 BPA與MMA間的氫鍵相互作用67
• 3.2 掃描電鏡表征光子晶體膜的表面形態(tài)67-69
• 3.3 (MIPP)以及非印跡的(NIPP)薄膜對(duì)目標(biāo)分子BPA的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果69-71
• 3.4 BPA分子印跡光子晶體薄膜(MIPP)吸附選擇性研究71-73
• 3.5 溶劑對(duì)分子印跡光子晶體的影響實(shí)驗(yàn)73
• 3.6 分子印跡光子晶體薄膜的響應(yīng)速度實(shí)驗(yàn)73-74
• 4 結(jié)論74-75
• 第四章 全文總結(jié)及展望75-77
• 5.1 全文總結(jié)75
• 5.2 展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-92
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文題錄92-93
• 致謝93

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳祖耀,郝凌云,江萬(wàn)權(quán),胡源;單分散膠粒、膠態(tài)晶體和三維有序周期性材料的研究進(jìn)展[J];微納電子技術(shù);2002年02期

2 孫立國(guó);韓永昊;謝卓穎;顧忠澤;;可調(diào)制光子晶體的研究現(xiàn)狀和展望[J];大學(xué)化學(xué);2007年04期

3 徐偉箭,羅鵬,張正華;基于分子印跡技術(shù)的仿生化學(xué)傳感器[J];高分子材料科學(xué)與工程;2002年06期

4 張信連,楊維東,劉潔生;環(huán)境內(nèi)分泌干擾物對(duì)生物和人體健康的影響[J];國(guó)外醫(yī)學(xué)(臨床生物化學(xué)與檢驗(yàn)學(xué)分冊(cè));2005年06期

5 侯祺棕,梁愛(ài)萍;環(huán)境激素的內(nèi)分泌干擾機(jī)制及其對(duì)人體的影響[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2005年04期

6 王玉蓮;郭明;鄭學(xué)仿;唐乾;高大彬;;凝膠光子晶體[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年10期

7 段廷蕊;李海華;孟子暉;劉烽;都明君;;光子晶體應(yīng)用于化學(xué)及生物傳感器的研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2009年04期

8 何德勇;章竹君;何樹(shù)華;;基于分子印跡識(shí)別的化學(xué)發(fā)光微流控傳感器芯片測(cè)定雙嘧達(dá)莫[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2009年09期

9 桂文君;金仁耀;黃雅麗;朱國(guó)念;;毒死蜱多克隆抗體的制備[J];農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

10 呂偉,趙芳,吳佑實(shí),張典慧;苯丙乳液聚合過(guò)程中的凝聚原因及其分析[J];山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 曹艷玲;反蛋白石及TiO_2空心微球非密堆積FCC結(jié)構(gòu)光子晶體的制備及其帶隙研究[D];吉林大學(xué);2008年

2 劉楠;多農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)的高通量懸浮芯片技術(shù)研究[D];中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2009年

  本文關(guān)鍵詞：PMMA蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備及其雙酚A分子印跡光子晶體傳感器的構(gòu)建，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：494979