發(fā)布時間：2018-11-18 21:19

【摘要】：自然界在漫長的進化過程中,為適應(yīng)環(huán)境的變化,產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)。一些獨特、有趣的功能性質(zhì)就是基于各種形式的多層次結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的,例如某些生物的羽毛有著鮮艷的顏色,變色龍可以隨著環(huán)境變色等。受這些自然界中的材料啟發(fā),人們通過膠體自組裝等簡便方法模仿和制備了可調(diào)控的具備更多復(fù)雜功能的刺激響應(yīng)傳感器�；谀z體晶體模板制備的反蛋白石結(jié)構(gòu)聚合物光子晶體傳感器就是研究的熱點之一。反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體是指在三維上具有周期性的多孔功能材料,其不僅具有一般的多孔功能材料的性質(zhì),而且自身周期性的結(jié)構(gòu)賦予了這類材料能夠自表達的光學(xué)性質(zhì),因此在傳感器的設(shè)計和應(yīng)用方面引起了科研工作者越來越多的關(guān)注。本文通過改進的St?ber方法制備了單分散性的二氧化硅顆粒,并通過垂直自組裝的方法得到蛋白石結(jié)構(gòu)的膠體晶體模板,接著在其間隙填充不同的功能單體,聚合后將二氧化硅顆�？涛g就可制備得到反蛋白石結(jié)構(gòu)的聚合物光子晶體傳感器�；诓煌δ軉误w聚合得到的傳感器可以實現(xiàn)對不同外部刺激的特異性響應(yīng)。主要研究結(jié)果總結(jié)如下:1.改進和優(yōu)化了一種以溫度與底物濃度雙因素共同調(diào)節(jié)的制備單分散性二氧化硅顆粒的方法,實現(xiàn)了180-550 nm粒徑范圍的單分散性二氧化硅顆粒的制備,并通過掃描電鏡進行了相關(guān)表征。相較于之前僅改變某一因素的方法,該方法的調(diào)節(jié)效果更為顯著且均一性、穩(wěn)定性和重復(fù)性都有了較大的提高,在較大量制備中也更具優(yōu)勢。基于不同粒徑的二氧化硅顆粒,通過控制其濃度和組裝溫度等因素,制備了膠體晶體模板。以制備好的膠體晶體模板為基礎(chǔ),探索制備了具有不同光子帶隙的反蛋白石結(jié)構(gòu)聚合物光子晶體傳感器。膠體晶體模板和傳感器均通過掃描電鏡和光纖光譜儀等進行了相關(guān)表征。2.基于反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體薄膜的獨特光學(xué)性質(zhì)和對特定范圍pH值的敏感性,以丙烯酸為功能單體制備了一種新型的無標(biāo)記碳酸根離子傳感器。因其具有自表達的光學(xué)性質(zhì),在檢測時無需對樣品進行任何的預(yù)處理,也不需要任何分析儀器的輔助,傳感器直接產(chǎn)生“裸眼”可視的光學(xué)信號。通過調(diào)節(jié)功能單體與交聯(lián)劑之間的摩爾比例,可以實現(xiàn)不同濃度范圍的檢測:在比例為2:1時,可實現(xiàn)對10-30 mM碳酸根離子的檢測;比例為5:1時,可實現(xiàn)對1-10 mM碳酸根離子的檢測。傳感器通過呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)色實現(xiàn)了對不同濃度碳酸根離子的實時、快速和半定量的檢測。由于傳感器只對特定范圍的pH值敏感,因而在其它常見陰離子,例如F-,Cl-,Br-,CH3COO-,NO3-,HCO3-,S2O82-,HPO42-,C2O42-和SO42-等存在時,表現(xiàn)出了良好的抗干擾能力。同時,該聚合物光子晶體傳感器十分穩(wěn)定且可循環(huán)利用。3.基于特殊的酶催化反應(yīng),以甲基丙烯酸為功能單體成功制備了一種新型的尿素傳感器。在其骨架的構(gòu)筑中,不同功能單體與交聯(lián)劑的摩爾比例實現(xiàn)了不同尿素濃度范圍的響應(yīng):在比例為2:1時,可實現(xiàn)對100-200 mM尿素的檢測;比例為5:1時,可實現(xiàn)對10-40 mM尿素的檢測;比例為8:1時,可實現(xiàn)對1-9 mM尿素的檢測。特別的,臨床上正常人體血液尿素濃度為2.5 mM到7.5 mM,傳感器在該濃度范圍檢測時會發(fā)生顏色的突躍變化:當(dāng)人體血液中尿素處于正常水平時,傳感器為其初始顏色(綠色);當(dāng)達到臨界點(7 mM)時則轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色;當(dāng)紅色出現(xiàn)時(9 mM,已超出了最大濃度限度),基本可以確定已經(jīng)患上了肝腎相關(guān)功能的疾病。由于綠色、黃色和紅色常用于交通指示燈,傳感器的這種顏色突躍變化十分易于理解和接受。同時,由于脲酶的絕對專一性,傳感器不會受到任何結(jié)構(gòu)類似物(例如甲酰胺、乙酰胺、甲基脲和1,3-二甲基脲)的影響,僅能夠?qū)δ蛩胤肿赢a(chǎn)生特異性的響應(yīng)。該傳感器同樣十分穩(wěn)定且可以循環(huán)使用,在天然湖水復(fù)雜水樣的測試中也表現(xiàn)出良好的適用性。這種特異性酶促反應(yīng)與光子晶體技術(shù)結(jié)合的方法對其它分子的識別檢測具有重要的借鑒意義。4.基于偶氮苯衍生物(光敏分子)在不同光照條件下的響應(yīng)性,以丙烯酰胺和主客體分子為功能單體制備了一種光響應(yīng)聚合物光子晶體傳感器,并初步探索了傳感器在不同光照條件(紫外光和可見光)下光致異構(gòu)化的響應(yīng)效果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734;TP212
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本文編號：2341277