[发明专利]葡萄糖响应性光子晶体传感器、其制备方法及使用方法

说明书

本发明涉及光子晶体材料以及葡萄糖检测领域，特别是涉及一种葡萄糖响应性光子晶体传感器、其制备方法及使用方法；该葡萄糖响应性光子晶体传感器，包括多个葡萄糖响应性凝胶壳层及其包裹的磁性内核。本发明的葡萄糖响应性光子晶体传感器用于快速检测葡萄糖浓度，由于磁性内核表面包裹的葡萄糖响应性凝胶壳层的厚度只有几十纳米，相比于传统的膜状葡萄糖响应性光子晶体传感器数十乃至上百微米厚度的凝胶层，缩减了3个数量级，较薄的凝胶层厚度显著缩短了葡萄糖在其中扩散所需时间，有利于迅速达到平衡状态，解决了现有技术中葡萄糖响应性光子晶体尺寸大、响应时间长，使响应速度达到了秒级。

技术领域

本发明涉及光子晶体材料以及葡萄糖检测领域，特别是涉及一种葡萄糖响应性光子晶体传感器、其制备方法及使用方法。

背景技术

葡萄糖响应光子晶体比色传感器在白光照射下可衍射出靓丽的结构色彩，它们是由光子晶体有序点阵结构与含有葡萄糖响应性官能团的凝胶复合而成，其结构色遵循布拉格衍射定律，主要取决于点阵结构的晶格常数和折光指数等因素。最重要的是其颜色在可见光谱范围内随葡萄糖浓度的改变发生连续可逆的变化，这是因为凝胶中的葡萄糖响应性官能团如苯硼酸会与葡萄糖的顺式二醇生成可逆的五元或六元环状内脂，当葡萄糖的浓度改变时，此可逆反应会引起凝胶体积发生变化，从而带动光子晶体晶格常数的变化最终导致颜色的转变。通过颜色的变化可以建立起人眼可视的葡萄糖传感体系，对于糖尿病的简单、廉价诊断具有十分重要的意义，并有巨大的市场前景。

但目前制备的葡萄糖响应光子晶体比色传感器基本都以数十到上百微米(厚度或直径) 的凝胶膜或微球的宏观形式存在，它们的响应时间都较长，从数十分钟到数小时不等。这主要是由于较厚的凝胶层阻碍了葡萄糖的扩散，增加了凝胶的响应时间。因此现阶段，较长的响应时间阻碍了葡萄糖响应光子晶体比色传感器的发展，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种葡萄糖响应性光子晶体传感器，用于快速检测葡萄糖的浓度，尺寸小，响应时间短，≦5秒。

本发明的目的之二在于提供一种葡萄糖响应性光子晶体传感器的制备方法，方法简单，操作容易，不需要复杂精密的设备。

本发明的目的之三在于提供一种葡萄糖响应性光子晶体传感器的使用方法。

本发明实现目的之一所采用的技术方案是：一种葡萄糖响应性光子晶体传感器，包括多个葡萄糖响应性凝胶壳层及其包裹的磁性内核。。

优选地，所述磁性内核由多个单分散的超顺磁纳米粒子在一维尺度上等间距排列组成。

优选地，所述磁性内核为单个的超顺磁纳米粒子。

本发明的葡萄糖响应性光子晶体传感器，可以是以下两种结构之一：1.若干单分散的超顺磁纳米粒子在一维尺度上等间距排列并被包裹在葡萄糖响应性凝胶壳层中得到的“豆荚状”单链结构；2.葡萄糖响应性凝胶作为壳层包裹单个超顺磁纳米粒子。

这两种磁性光子晶体结构的共同特点在于葡萄糖响应性凝胶壳层的厚度在纳米级别，相比于传统的数十到上百微米(厚度或直径)的凝胶膜或微球，凝胶壳层的厚度明显降低，有利于缩短葡萄糖在凝胶壳层中的扩散距离，因此其响应速度可以提升至秒级。

两种结构的区别在于：第一种结构中的超顺磁纳米粒子已经被等间距的锁定在葡萄糖响应性凝胶壳层中得到了单链结构，使用时，在未施加磁场的条件下，葡萄糖响应性凝胶壳层中的超顺磁纳米粒子以无数自由取向的单链结构分散在溶液中。改变溶液中葡萄糖浓度时，凝胶壳层会收缩或膨胀，从而改变链的长度以及链中粒子间距。此时施加磁场，会使所有的链结构集体翻转并沿磁场方向取向，在外部光源照射下衍射出该葡萄糖浓度对应的结构色彩。磁翻转过程中所施加的磁场强度大小不会影响链的衍射峰位，采用此结构的磁性光子晶体检测葡萄糖浓度时，只要磁场强度在50高斯以上，磁场强度的变化不会影响测试结果的准确性。