一种金纳米粒子/水凝胶复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金纳米粒子/水凝胶复合材料及其制备方法和应用，它是一种金纳米粒子/水凝胶复合微球；该金纳米粒子/水凝胶复合微球是球体内部分布有多个金纳米粒子的粒径为10～1000μm的水凝胶微球，并且所述金纳米粒子的粒径为20～100nm。其制备方法包括：将多个金纳米粒子分散于水凝胶反应液中作为分散相，将油性液体作为连续相，并采用微流控方法制备出油包水乳液，再置于波长为311nm的紫外灯下照射，使所述油包水乳液中的混合胶体溶液固化为金纳米粒子/水凝胶复合微球，再采用有机溶剂进行清洗，即得到干净的金纳米粒子/水凝胶复合微球。本发明专利技术能够实现对环境pH值和葡萄糖浓度的可视化传感与检测。

【技术实现步骤摘要】
一种金纳米粒子/水凝胶复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及有机-无机纳米复合材料领域，尤其涉及一种金纳米粒子/水凝胶复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，并能吸收大量的水。它是在具有网状交联结构的水溶性高分子中引入疏水基团和亲水基团，并且亲水基团与水分子结合使水分子连接在网状内部，而疏水基团遇水膨胀的交联聚合物。水凝胶可分为普通水凝胶和环境敏感水凝胶(即智能水凝胶)。环境敏感水凝胶能够感知外界环境的微小变化或刺激(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)，并通过自身的物理或化学变化(例如：自身的体积溶胀或收缩)来响应这些变化或刺激。环境敏感水凝胶的这种可与外界交换信息并作出响应的特性，使其在柔性执行元件、微机械、药物释放体系、分离膜、生物材料等方面有着巨大的应用前景。pH敏感性水凝胶是指对环境的pH值改变能做出响应的智能水凝胶。pH敏感性水凝胶的大分子网络中一般含有—COO-、—OPO3-、—NH3+、—SO3+等阴阳离子基团，它们会根据环境pH值的变化夺取或释放质子，从而导致体积发生变化。利用pH敏感性水凝胶的这种性质可以方便地调节和控制水凝胶内药物的扩散和释放速率。但现有的pH敏感性水凝胶大多是无色透明的，其体积变化很难分辨，尤其是针对微量溶液的pH值传感，单独的这类水凝胶更加难以实现pH值可视化传感。
技术实现思路
为了解决现有技术中单独pH敏感性水凝胶难以实现pH值可视化传感的技术问题，本专利技术提供了一种金纳米粒子/水凝胶复合材料及其制备方法和应用，从而能够实现对环境pH值变化的可视化传感与检测。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种金纳米粒子/水凝胶复合材料，它是一种金纳米粒子/水凝胶复合微球；该金纳米粒子/水凝胶复合微球是球体内部分布有多个金纳米粒子的粒径为10～1000μm的水凝胶微球，并且所述金纳米粒子的粒径为20～100nm。优选地，所述水凝胶微球的成分包括丙烯酰胺和丙烯酸。一种上述金纳米粒子/水凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A、将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子分散于水凝胶反应液中，从而得到混合胶体溶液；步骤B、按照体积份计，将100份液体石蜡与1.5份乳化剂混合，从而得到油性液体；步骤C、将步骤A中得到的混合胶体溶液作为微流控的分散相，将步骤B中得到的油性液体作为微流控的连续相，并采用微流控方法制备出油包水乳液，再将所述油包水乳液置于波长为311nm的紫外灯下照射，从而使所述油包水乳液中的混合胶体溶液固化为金纳米粒子/水凝胶复合微球；步骤D、采用有机溶剂对步骤C中固化后的金纳米粒子/水凝胶复合微球进行清洗，从而得到干净的金纳米粒子/水凝胶复合微球。优选地，将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子分散于水凝胶反应液中包括：将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子与水凝胶反应液混合，并采用超声处理分散均匀。优选地，所述水凝胶反应液的原料包括丙烯酰胺和丙烯酸，并且丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1～4:1。优选地，所述的水凝胶反应液采用以下方法制成：按照丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1～4:1的比例，将丙烯酰胺和丙烯酸溶于去离子水中，并加入交联剂和光引发剂，混合均匀，从而得到水凝胶反应液。优选地，所述的金纳米粒子采用以下方法制成：按照每70mL乙二醇使用1.4mL聚二烯丙基二甲基氯化铵和35μL浓度为1mol/L氯金酸的比例，将乙二醇、聚二烯丙基二甲基氯化铵与氯金酸混合在一起，并置于油浴锅中反应30min，油浴温度为195～220℃，从而制得包含金八面体纳米粒子的混合液；然后按照70mL乙二醇使用17.5μL浓度为1mol/L氯金酸的比例，向该包含金八面体纳米粒子的混合液中加入氯金酸，并在室温下反应2～5分钟，再进行离心处理，从而即制得粒径为20～100nm的金纳米粒子。优选地，乳化剂采用聚醚改性硅油KF6038；所述的有机溶剂采用石油醚或乙醇。上述技术方案中的金纳米粒子/水凝胶复合材料直接用于pH值的可视化传感与检测。上述技术方案中的金纳米粒子/水凝胶复合材料直接用于葡萄糖浓度的可视化传感与检测。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所提供的金纳米粒子/水凝胶复合材料是通过将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子分散于水凝胶反应液中，并采用微流控方法制成油包水乳液，再对油包水乳液中的水凝胶反应液进行聚合固化，从而制得的球体内部分布有多个金纳米粒子的粒径为10～1000μm的水凝胶微球。由于该水凝胶微球的成分包括丙烯酰胺和丙烯酸，因此该水凝胶微球对pH值具有一定敏感性，当外界环境的pH值变化时，该水凝胶微球的体积会发生改变，进而使该水凝胶微球内部的金纳米粒子之间的距离改变，从而可以将外界环境的pH值变化转化为这些金纳米粒子对光的吸收与散射的变化，这就实现了对环境pH值变化的可视化传感与检测。可见，本专利技术所提供的金纳米粒子/水凝胶复合材料不仅能够解决现有技术中单独pH敏感性水凝胶难以实现pH值可视化传感的技术问题，实现对环境pH值变化的可视化传感与检测，而且可以重复利用，有利于节约成本，避免材料的浪费。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例1中步骤d制得的规则球形金纳米粒子的扫描电子显微镜照片和吸收光谱图。图2为本专利技术实施例1中最终制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球的光学显微镜照片、扫描电子显微镜照片、吸收光谱图。图3为采用蔡司光学显微镜(AxioLab.A1)观测不同pH值下本专利技术实施例2中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球的形貌大小而得到的光学显微镜照片。图4为采用蔡司光学显微镜(AxioLab.A1)观测不同pH值下本专利技术实施例1～3中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球的形貌大小而得到的不同pH值下金纳米粒子/水凝胶复合微球粒径变化曲线图。图5为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例1中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同pH值下的吸收光谱性能进行检测而得到的吸收光谱性能对比图。图6为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例2中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同pH值下的吸收光谱性能进行检测而得到的吸收光谱性能对比图。图7为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例3中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同pH值下的吸收光谱性能进行检测而得到的吸收光谱性能对比图。图8为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例1～3中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同pH值下吸收光谱性能进行检测而得到的吸收峰强度随pH值变化曲线图。图9为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例2中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同葡萄糖浓度下的吸收光谱性能进行检测而得到的吸收光谱性能对比图。图10为采用Morpho光谱仪分别对单颗本专利技术实施例2中制得的金纳米粒子/水凝胶复合微球在不同葡萄糖浓度下的吸收光谱性能进行检测而得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金纳米粒子/水凝胶复合材料，其特征在于，它是一种金纳米粒子/水凝胶复合微球；该金纳米粒子/水凝胶复合微球是球体内部分布有多个金纳米粒子的粒径为10～1000μm的水凝胶微球，并且所述金纳米粒子的粒径为20～100nm。

【技术特征摘要】
1.一种金纳米粒子/水凝胶复合材料，其特征在于，它是一种金纳米粒子/水凝胶复合微球；该金纳米粒子/水凝胶复合微球是球体内部分布有多个金纳米粒子的粒径为10～1000μm的水凝胶微球，并且所述金纳米粒子的粒径为20～100nm。2.根据权利要求1所述的金纳米粒子/水凝胶复合材料，其特征在于，所述水凝胶微球的成分包括丙烯酰胺和丙烯酸。3.一种上述权利要求1至2中任一项所述的金纳米粒子/水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子分散于水凝胶反应液中，从而得到混合胶体溶液；步骤B、按照体积份计，将100份液体石蜡与1.5份乳化剂混合，从而得到油性液体；步骤C、将步骤A中得到的混合胶体溶液作为微流控的分散相，将步骤B中得到的油性液体作为微流控的连续相，并采用微流控方法制备出油包水乳液，再将所述油包水乳液置于波长为311nm的紫外灯下照射，从而使所述油包水乳液中的混合胶体溶液固化为金纳米粒子/水凝胶复合微球；步骤D、采用有机溶剂对步骤C中固化后的金纳米粒子/水凝胶复合微球进行清洗，从而得到干净的金纳米粒子/水凝胶复合微球。4.根据权利要求3所述的金纳米粒子/水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述的将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子分散于水凝胶反应液中包括：将多个粒径为20～100nm的金纳米粒子与水凝胶反应液混合，并采用超声处理分散均匀。5.根据权利要求3或4所述的金纳米粒子/水凝胶复合材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，李桧林，门丹丹，张涛，杭立峰，温路路，蔡伟平，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34