一种制备纳米多孔智能光化学敏感功能材料的方法技术

一种制备纳米多孔智能光化学敏感功能材料的方法，属于功能高分子材料领域。通过胶体颗粒自组装形成胶体晶体模板，将含有印迹分子的聚合物单体、交联剂和引发剂溶液浸润胶体晶体模板，通过紫外光或热固化获得印迹聚合物，然后除去印迹聚合物中的模板和印迹分子，获得具有三维有序多孔结构和印迹分子形腔的聚合物薄膜。利用该方法制备的智能光化学敏感功能材料不仅具有高度的选择性和灵敏性、高抗扰能力，而且能够将化学响应直接转变成光学信号，不需复杂精密仪器和对分析物作特殊处理。该方法具有制备工艺简单，检测方便快捷等特点，可广泛应用于药物分离和识别，免疫诊断分析，毒品和兴奋剂检测等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有光子晶体结构的纳米多孔智能光化学敏感功能材料的制备方法,特 别涉及一种利用胶体晶体自组装技术和分子印迹技术构建纳米多孔智能纳米多孔高分子材料 的方法，属于功能高分子材料制备
技术背景胶体晶体是一种介电常数(或折射率)周期性变化排布的材料，其介电常数的周期性变 化能够调制材料中光子的状态模式。如果材料中某一组分的性质发生物理或化学变化，介质 的折射率也会发生变化，根据布拉格散射可以知道光子带隙会发生红移或蓝移。利用胶体晶 体材料对于环境变化会带来光子带隙漂移变化的特性，可以制备化学传感器。经文献检索发 现，Holtz， J. H.和Asher， S. A.于1997年发表在《Nature》(1997年第389巻第829页) 的论文《Polymerized colloidal crystal hydrogel films as intelligent chemical sensing materials》(利用聚合的胶体晶体水凝胶膜作为智能化学敏感材料)中首次描述了利用胶体 颗粒的自组装技术制备了具有光子晶体结构的智能光化学敏感功能材料。该方法制备的智能 光化学敏感功能材料对重金属离子具有高度敏感的光学响应。但该方法制备的智能光化学敏 感功能材料只对重金属离子具有光学响应，不能用于测试手性药物分子，氨基酸、蛋白质等 生物大分子。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种纳米多孔智能光化学敏感功能材料 的制备方法，通过该方法制备的智能光化学敏感功能材料,使其不仅能对重金属离子具有高度 敏感的光学响应，同时也能对有机小分子、手性药物分子，氨基酸、蛋白质等生物大分子具 有高度的光学响应特性。该种智能光化学敏感功能材料对含有印迹分子的物质具有高度的专 一性和敏感性，并且能够把分子识别的过程通过光学信号表达出来，因而可用于制作高性能 传感器的敏感元件，解决目前对手性药物分子、兴奋剂、氨基酸、蛋白质等检测方法复杂， 周期长，成本昂贵等现实问题。本专利技术的技术方案如下一种纳米多孔智能光化学敏感功能材料的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行 1)首先将单分散的胶体颗粒二氧化硅微球或聚苯乙烯微球均匀的分散在溶剂中，形 成均一稳定的胶体分散体系，然后通过胶体颗粒的自组装在一表面干净、平整的基片上生长 成三维有序的胶体颗粒阵列，待溶剂完全挥发后，得到具有三维有序排列结构的胶体晶体； 所述的溶剂采用水、乙醇或水和乙醇的混合液；2)根据不同的印迹分子选择聚合物单体和交联剂，然后将聚合物单体、交联剂和印迹分子加入有机溶剂中；聚合物单体与交联剂的体积比控制在l: 5至5: l的范围内，有机溶 剂的体积是聚合物单体和交联剂总体积的1倍到10倍，印迹分子在聚合物单体混合溶液中为 饱和溶液，待印迹分子完全溶解后，将含有印迹分子、聚合物单体和交联剂的混合溶液静置 6 12小时，然后加入聚合引发剂偶氮二异丁氰，并向此混合溶液中通入氮气5 10分钟以 除去混合溶液中的氧气；所述的聚合物单体选用带有极性官能团的聚合物单体，这种带有极性 官能团的聚合物单体能够与印迹分子通过非共价键形成稳定的复合物；3) 将步骤2)中制备的混合溶液滴加到步骤l)中的胶体晶体中，直至该胶体晶体完 全透明，再盖上另一片基片，然后置于紫外光下或烘箱中固化，固化时间为0.5 1小时；4) 将己固化好的胶体晶体浸泡在氢氟酸水溶液中，除去胶体颗粒，得到三维有序多孔的水凝胶高分子薄膜，将此水凝胶高分子薄膜通过洗涤工艺除去其中的印迹分子，即获得具 有三维有序多孔阵列结构和印迹分子型腔的纳米多孔智能光化学敏感功能材料。在本专利技术的技术方案中，所述的印迹分子选自激素、兴奋剂、手性药物、农药、毒品、 氨基酸或蛋白质分子。所述的带有极性官能团的聚合物单体采用丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或4-乙烯基吡啶。所述的交联剂采用乙烯基乙二醇二甲基丙烯酸酯、亚甲基双丙烯酰胺或二乙烯基苯。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及实质性特点本专利技术首次同时采用胶体晶体制备技术和分子印迹技术来制备纳米多孔智能光化学敏感功能材料(三维有序多孔阵列结构的 印迹聚合物膜传感器)，该聚合物薄膜传感器不仅对分析物具有高度的选择性、灵敏性和抗干 扰能力，而且响应速度快，检测方便，重现性好，制备工艺简便。与现有的分子检测技术相 比，本专利技术的优越性在于不需要复杂精密的分析仪器，而直接通过薄膜的颜色变化来进行分析和检测；也不需要对待检测的物质进行特殊的处理，如同位素标记、电化学活化、接枝等 特殊处理。这种智能光化学敏感功能材料对含有印迹分子的待测溶液具有高度的灵敏性和选 择性识别功能，同时还具有高度的抗干扰能力。本专利技术所制备的纳米多孔智能光化学敏感功能材料不仅能对重金属离子具有高度敏感的 光学响应，同时也能对有机小分子、手性药物分子，氨基酸、蛋白质等生物大分子具有高度 的光学响应特性。并且能够把分子识别的过程通过光学信号表达出来，因而可用于制作高性 能传感器的敏感元件，解决目前对手性药物分子、兴奋剂、氨基酸、蛋白质等检测方法复杂， 周期长，成本昂贵等现实问题。具体实施方式本专利技术提供的一种纳米多孔智能光化学敏感功能材料的制备方法，其具体工艺步骤如下: 1)首先将单分散的胶体颗粒二氧化硅微球或聚苯乙烯微球均匀的分散在溶剂中，形 成均一稳定的胶体分散体系，然后通过胶体颗粒的自组装在一表面干净、平整的基片上生长 成三维有序的胶体颗粒阵列，待溶剂完全挥发后，得到具有三维有序排列结构的胶体晶体；所述的溶剂采用水、乙醇或水和乙醇的混合液；2) 根据不同的印迹分子选择聚合物单体和交联剂，然后将聚合物单体、交联剂和印迹 分子加入有机溶剂中，聚合物单体与交联剂的体积比控制在l: 5至5: l的范围内，有机溶 剂的体积是聚合物单体和交联剂总体积的1倍到10倍，印迹分子在聚合物单体混合溶液中应 是饱和溶液；待印迹分子完全溶解后，将含有印迹分子、聚合物单体和交联剂的混合溶液静 置6 12小时，然后加入聚合引发剂偶氮二异丁氰，并向此混合溶液中通入氮气5 10分钟 以除去混合溶液中的氧气；所述的聚合物单体选用带有极性官能团的聚合物单体，这种带有极 性官能团的聚合物单体能够与印迹分子通过非共价键形成稳定的复合物；所用的印迹分子选 自激素、兴奋剂、手性药物、农药、毒品、氨基酸或蛋白质分子；所用的带有极性官能团的 聚合物单体采用丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或4-乙烯基吡啶。所用的交联剂采用乙烯基 乙二醇二甲基丙烯酸酯、亚甲基双丙烯酰胺或二乙烯基苯。3) 将步骤2)中制备的混合溶液滴加到步骤l)中的胶体晶体中，直至该胶体晶体完全透明，再盖上另一片基片，然后置于紫外光下或烘箱中固化，固化时间为0.5 1小时；4) 将已固化好的胶体晶体浸泡在氢氟酸水溶液中，除去胶体颗粒，得到三维有序多孔 的水凝胶高分子薄膜，将此水凝胶高分子薄膜通过洗涤工艺除去其中的印迹分子，即获得具 有三维有序多孔阵列结构和印迹分子型腔的纳米多孔智能光化学敏感功能材料。该方法纳米多孔智能光化学敏感功能材料具有三维有序多孔阵列结构和印迹分子型腔。 通过利用胶体晶体作为模板获得三维有序多孔阵列结构，同时利用分子印迹技术在这种多孔 的高分子材料中获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米多孔智能光化学敏感功能材料的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：三维有序多孔阵列１）首先将单分散的胶体颗粒二氧化硅微球或聚苯乙烯微球均匀的分散在溶剂中，形成均一稳定的胶体分散体系，然后通过胶体颗粒的自组装在一表面干净、平整的基片上生长成三维有序的胶体颗粒阵列，待溶剂完全挥发后，得到具有三维有序排列结构的胶体晶体；所述的溶剂采用水、乙醇或水和乙醇的混合液；２）根据不同的印迹分子选择聚合物单体和交联剂，然后将聚合物单体、交联剂和印迹分子加入有机溶剂中，聚合物单体与交联剂的体积比控制在１∶５至５∶１的范围内，有机溶剂的体积是聚合物单体和交联剂总体积的１倍到１０倍，印迹分子在聚合物单体混合溶液中为饱和溶液；待印迹分子完全溶解后，将含有印迹分子、聚合物单体和交联剂的混合溶液静置６～１２小时，然后加入聚合引发剂偶氮二异丁氰，并向此混合溶液中通入氮气５～１０分钟以除去混合溶液中的氧气；所述的聚合物单体选用带有极性官能团的聚合物单体，这种带有极性官能团的聚合物单体能够与印迹分子通过非共价键形成稳定的复合物；３）将步骤２）中制备的混合溶液滴加到步骤１）中的胶体晶体中，直至该胶体晶体完全透明，再盖上另一片基片，然后置于紫外光下或烘箱中固化，固化时间为０．５～１小时；４）将已固化好的胶体晶体浸泡在氢氟酸水溶液中，除去胶体颗粒，得到三维有序多孔的水凝胶高分子薄膜，将此水凝胶高分子薄膜通过洗涤工艺除去其中的印迹分子，即获得具有三维有序多孔阵列结构和印迹分子型腔的纳米多孔智能光化学敏感功能材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李广涛，胡晓斌，黄婧，李默涵，武真，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]