[发明专利]一种高衍射强度的二维胶体晶体-金阵列/智能水凝胶复合材料及可视化传感器

说明书

本发明公开了一种高衍射强度的二维胶体晶体‑金阵列/智能水凝胶复合材料及可视化传感器，采用以下步骤制备而成：在基底上制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为35～50nm的金膜，从而制得以该金膜为外壳的二维胶体晶体‑金阵列；将智能水凝胶的反应液注入所述的二维胶体晶体‑金阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离，水洗后，制得一种高衍射强度的二维胶体晶体‑金阵列/智能水凝胶复合材料。本发明实施例能够在不借助高反射镜的条件下获得强烈的衍射信号，并且具有敏感性、制备工序简单、成本低廉的特点，适合实际工业应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种高衍射强度的二维胶体晶体(例如：该胶体晶体可以采用聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、二氧化硅(SiO₂)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))-金(化学元素符号：Au)阵列/智能水凝胶复合材料及可视化传感器。

背景技术

目前，针对生物化学物质进行检测主要是依靠拉曼光谱分析法、质谱法、荧光法等传统的分析方法，但这些分析方法不仅需要昂贵的设备，而且分析过程较为复杂，需要经过专业培训的人员才能进行仪器操作和分析，此外这些分析方法还无法实现生物化学物质的实时在线检测，因此如何简单、经济、快速、稳定地对生物化学物质进行检测成为亟待解决的难题。

为了解决这一难题，近年来研究人员研发出一种由胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器。胶体晶体是由次微米或者微米尺寸的胶体球(次微米或者微米尺寸的胶体球通常称为胶体微球)自组装而成的有序结构。水凝胶是一种含有大量溶剂的亲水性高分子三维网络，它在水中溶胀但不溶解。根据水凝胶对外界刺激响应情况的不同，水凝胶可分为普通水凝胶和智能水凝胶；普通水凝胶的溶胀率不随外界条件的变化而变化；智能水凝胶能感知外界环境细微的物理变化或化学变化(例如：pH值、温度、压力、电场、磁场、离子强度、紫外光、可见光、特异化学物质等的变化)，并通过体积的溶胀或收缩来响应这些外界刺激，因此也称为环境敏感型水凝胶。将胶体晶体与智能水凝胶复合后，当智能水凝胶感知到外界物质刺激时，智能水凝胶感的体积会迅速膨胀或收缩，这会使胶体晶体的胶体微球间距发生改变，而胶体晶体的光学性质(或颜色)会随着胶体微球间距的变化而呈现相应的变化，从而就形成了胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器；如果将胶体晶体呈现相应变化的衍射光波调制到可见光区，那么该传感器对外界刺激的变化，就可以直接通过宏观颜色的改变呈现出来，从而就可以形成可视化传感器。但在现有技术中，由于胶体晶体的胶体微球反射率很低，因此胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器对可见光的衍射强度也非常低，只有借助铝镜、金镜、银镜等高反射镜，才能获得相应的光学响应表征，这使得胶体晶体与智能水凝胶复合的传感器在实际应用方面受到很大的局限。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种高衍射强度的二维胶体晶体-金阵列/智能水凝胶复合材料及可视化传感器，能够在不借助高反射镜的条件下获得强烈的衍射信号，并且具有敏感性、制备工序简单、成本低廉，适合实际工业应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高衍射强度的二维胶体晶体-金阵列/智能水凝胶复合材料，采用以下步骤制成：

步骤A、在基底上制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为35～50nm的金膜，从而制得以该金膜为外壳的二维胶体晶体-金阵列；

步骤B、将智能水凝胶的反应液注入到所述的二维胶体晶体-金阵列上，并加盖玻璃片，然后进行10～30min的光聚合处理，再经过剥离，水洗后，制得种高衍射强度的二维胶体晶体-金阵列/智能水凝胶复合材料。

优选地，所述的在基底上制备单层胶体晶体阵列包括以下步骤：