新型聚合胶态晶体阵列传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种新的聚合胶态晶体阵列传感器，这种传感器由能对外界刺激作出响应的胶态粒子组成胶态晶体阵列，以及不对外界刺激响应的水凝胶基质组成。胶态晶体阵列被包埋在水凝胶基质中。水凝胶基质的溶胀度不随外界条件的变化而变化，因此聚合胶态晶体阵列的晶胞常数保持恒定，布拉格衍射峰的位置也不会发生移动。但是，组成胶态晶体阵列的胶体粒子能对外界环境条件的改变作出响应，其折光指数随外界环境条件的改变而变化，导致布拉格衍射的强度随之发生变化。通过检测布拉格衍射的强度实现对特定分析物，如葡萄糖的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于聚合胶态晶体阵列的水凝胶光学传感器，更确切地说，涉及一种布拉格衍射光强 随被分析物浓度改变而改变的聚合胶态晶体阵列水凝胶。该传感器可应用TM七学、环境、以及生物医药等

技术介绍
单分散胶体颗粒可自组装形成三维有序结构，称为胶态晶体阵列。由于布拉格衍射，这类材料能强烈 反射特定波长的光。然而这类材料的有序结构很容易被破坏。S. A. Asher等入的文章(S. A. Asher, J. Holtz， L. Liu and Z. Wu， Self-Assembly Motif for Creating Submicron Periodic Materials. Polymerized Crystalline Colloidal Arrays, J. Am. Ch柳.Soc., 1994， 116, 4997-柳8)公开了一 种方法，将胶态晶体阵列包埋在水凝胶里形成聚合胶态晶体阵列，使其高度有序的结构稳定下来。S. A. Asher等人的文章(J. H. Holtz and S. A. Asher, Polymerized colloidal crystal hydrogel films as intelligent chemical sensing materials, Nature, 1997， 389, 829-832)以及世界专利，专利号 WO/1998/019787，公开时间1998年5月14日，专利技术创造的名称为NOVEL POLYMERIZED CRYSTALLINE COLLOIDAL ARRAY SENSORS (Asher, Sanford A.; Holtz, John H. NOVEL POLYMERIZED CRYSTALLINE COLLOIDALARRAYSENSORS, WO/1998/019787)，美国专利，专利号US Patent 5854078,公开时间1998 年12月29日，专利技术仓ll造的名称为Polymerized crystalline colloidal array sensor methods (Asher, Sanford A.; Holtz, John H. Polymerized crystalline colloidal array sensor methods, US Patent 5854078)等公开了利用聚合胶 态晶体阵列特殊结构和光学特性制备传感器的方法。在这些方法中，聚苯乙烯小球组成的胶态晶体阵列被 包埋在可对特定分析物作出响应的水凝胶中。在分析物存在时，水凝胶溶胀度发生变化，导致胶态晶体阵 列的晶胞参数发生变化，从而使布拉格衍射峰的位置发生变化。此类传感器可直观地从聚合胶态晶体阵列 膜颜色的变化显示被分析物的浓度。S. A. Asher等人的文章(S. A. Asher， V. L. Alexeev, A. V. G叩onenko, A. C. Sharraa， I. K. Lednev, C. S. Wilcox and D. N. Finegold, Photonic crystal carbohydrate sensors: Low ionic strength sugar sensing, Journal of the American Chemical Society, 2003, 125, 3322-3329: V. L. Alexeev, A. C. Shar腿，A. V. Goponenko， S. Das, I. K. Lednev， C. S. Wilcox, D. N. Finegold and S. A. Asher, High ionic strength glucose-sensing photonic crystal, Analytical Chemistry, 2003, 75, 2316-2323)以及美国专利，专利号US Patent 7105352，公开时间2006年9月12日，专利技术创 造的名称为Intelligent polymerized crystalline colloidal array carbohydrate sensors (Asher, Sanford A. : Alexeev, Vladimir L ; Lednev, Igor K. : Sharma， Anjal C. ; Wilcox, Craig, Intelligent polymerized crystalline colloidal array carbohydrate sensors, US Patent 7105352)卵讼开了禾'J 用类似原理检测葡萄糖浓度的方法。上述聚合胶态晶体阵列传感器均使用对外界刺激不响应的胶态粒子与对外界刺激响应的水凝胶组合， 因此检测的均为布拉格衍射峰的移动或颜色的变化。这种检测方式虽然简便，但也存在很大的不足。由于 人眼对颜色的分辨有限，上述聚合胶态晶体阵列传感器只能给出定性的结果而无法给出定量的结果。精确 测定布拉格衍射峰的位置可给出定量结果，有助于提高分辨率，但同时大大提高仪器成本。
技术实现思路
为克服上述设计的不足，本专利技术设计了一种新的聚合胶态晶体阵列传感器。与现有聚合胶态晶体阵列 传感器不同，本专利技术设计的聚合胶态晶体阵列传感器使用能对外界刺激作出响应的胶态粒子组成胶态晶体 阵列，并将其包埋在不对外界刺激响应的水凝胶基质中。作为基质的水凝胶其溶胀度不随外界条件的变化 而变化，因此聚合胶态晶体阵列的晶胞常数保持恒定，布拉格衍射峰的位置也不会发生移动。但是，组成 胶态晶体阵列的胶体粒子能对外界环境条件的改变作出响应，其折光指数随外界环境条件的改变而变化。 当外部环境条件改变时，胶体粒子与水凝胶基质之间折光指数的差异随之发生变化，布拉格衍射的强度也3随之发生变化。本专利技术设计的聚合胶态晶体阵列传感器就是基于这一原理实现对特定分析物的检测。本专利技术设计的聚合胶态晶体阵列传感器由两部分组成(1)溶胀度不随环境条件改变而改变的水凝胶 基质，以及(2)包埋在前述水凝胶中的由单分散的环境敏感微凝胶小球组成的胶态晶体阵列。其中水凝 胶基质可为任何溶胀度不随环境条件改变而改变的水凝胶，包括聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚甲基丙 烯酸酯类等类合成高分子，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚N-乙烯基吡咯烷酮 等，以及琼脂等天然高分子水凝胶。合成高分子水凝胶可使用任何与其他组分相容的交联剂，如N，N'-亚 甲基双丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双甲基丙烯酰胺、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯等。本专利技术设计的聚合胶态晶体阵列传感器使用单分散的环境敏感微凝胶小球自组装形成胶态晶体阵列。 环境敏感微凝胶为温度敏感的聚丙烯酰胺类、聚甲基丙烯酰胺类等类高分子，如聚N-异丙基丙烯酰胺、聚 N-异丙基甲基丙烯酰胺等。交联剂可为任何与其他组分相容的交联剂，如N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双甲基丙烯酰胺、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯等。在适当的浓度范围类，单分散微凝胶能自组装形成胶态晶体(colloidal crystal)或胶态晶体阵列 (crystalline c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚合胶态晶体阵列的结构化水凝胶传感器，其特征在于组成胶态晶体阵列的是溶胀度随被分析物浓度变化而变化的单分散微凝胶粒子，该胶态晶体阵列被包埋在溶胀度不随被分析物浓度变化而变化的水凝胶基质中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张拥军，关英，刘赟，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]