[发明专利]一种基于离子印迹技术的光子晶体薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和检测分析技术领域，涉及离子印迹聚合物、光子晶体的制备和应用，特别是涉及离子印迹反蛋白石结构光子晶体薄膜传感器的制备和提高检测分析效率的方法。

背景技术

重金属广泛地存在于自然界中，其中一些元素是生物的必须元素，如铜、锌等是人体的必须元素，广泛参与酶调节、细胞生长发育等重要的生命过程；然而，有相当多的重金属元素具有很高的毒性，如镉具有致畸性，汞具有急性毒性，铅具有慢性的神经毒性等等。环境中的重金属污染物通过水循环和食物链，最终传导到人类的饮用水、食品之中，最重危害人类的健康。因此，简历快速、高效的检测方法，不仅有利于掌握重金属的迁移特征，还可以为环境保护、政策执行进行评估，为开展有效控制提供理论和技术上的支持。

光子晶体是指折具有不同折射率的材料在亚微米尺度上交替形成一种周期性材料。与X射线能在晶体中产生衍射类似，可见光在光子晶体中产生衍射，从而显示出特定的颜色。光子晶体的发现是光和电磁波控制技术的一次革命，1999年，美国权威《科学》杂志将光子晶体评为21世纪的十大热门领域之一。

光子带隙是光子晶体的最根本特征，波长在光子带隙中的可见光是禁止传播的。由于光子带隙的存在，人们可以通过设计光子晶体微观结构，实现对各种波长光的调控。影响光子带隙的主要因素有两个，一个是光子晶体的微观结构，另一个则是两种介质的折射率比，因此，改变光子带隙可以从这两方面考虑：一是改变体系中的折射率，二是改变光子晶体的周期性。在外部环境的刺激下，改变其中一个参数可以起到调节光子禁带的目的。例如，利用光照、温度、压力、电场、磁场与溶液中的化学刺激改变折射率、晶格结构等参数，从而实现对光子带隙的调控，从而实现比色检测，这种方法为新型传感器的设计和制备提供了新思路，利用这一原理可以实现对生物大分子、溶剂、重金属离子等化学刺激进行检测。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于离子印迹技术的光子晶体薄膜的制备方法，具有高的灵敏度、选择性以单分散二氧化硅微球为模板，组装制备蛋白石结构光子晶体膜，进而制得反蛋白石结构聚合物光子晶体薄膜。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于离子印迹技术的光子晶体薄膜的制备方法，采用以下步骤：

(1)溶胶凝胶合成单分散二氧化硅微球：控制水浴温度为10-35℃，依次将硅酸酯、水、氨水加入乙醇中，搅拌均匀，反应10-15h制备得到稳定性、均一性良好的二氧化硅微球乳液；

(2)利用离心-超声纯化得到的二氧化硅微球乳液，再利用恒温箱控制温度为10-40℃，采用自组装方法，将二氧化硅微球沉积在玻璃基底上形成规整的二氧化硅蛋白石光子晶体薄膜；

(3)在二氧化硅蛋白石光子晶体薄膜上滴入离子印迹聚合物前驱体溶液，紫外光照聚合，并用0.8-2wt％的氢氟酸处理10-60min，去除二氧化硅光子晶休薄膜，得到离子印迹反蛋白石结构聚合物光子晶体薄膜；

(4)利用乙二胺四乙酸缓冲溶液洗脱离子印迹反蛋白石结构聚合物光子晶体薄膜中的重金属离子，即得到光子晶体薄膜。

步骤(1)中所述的二氧化硅微球乳液中，二氧化硅微球的平均粒径为150-600nm。

步骤(1)中所述的硅酸酯、水、氨水的质量比是(0.5～2)∶(0～2)∶(0.5～2)，其中的硅酸酯分子式是Si(OR)₄，其中R为C_nH_2n+1，n＝1-6。

所述的硅酸酯优选正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯。

步骤(2)中的自组装方法采用以下步骤：

1.将单分散二氧化硅微球用无水乙醇分散，形成0.1-2％质量分数的分散液；

2.将分散液加入到洗净的玻璃溶液中，玻璃容器中垂直放置平整的玻璃片，放置于恒温箱中，在10-40℃下干燥2-8天。

步骤(3)中所述的离子印迹聚合物前驱体溶液由具有重金属螯合功能的单体、需要测量的重金属盐类、共聚单体、交联剂、溶剂、引发剂按重量比为1-50∶1-25：1-50∶1-10∶30-70∶0.05-0.2组成，

所述的具有重金属螯合功能的单体包括含有羧基、胺基或吡啶官能团的苯乙烯、甲基丙烯酰或丙烯酰衍生物，

所述的需要测量的重金属盐类包括汞、铅、铜、镉、铬或镍的盐类化合物，

所述的共聚单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酰胺，