pmma蛋白石结构光子晶体的制备及其双酚a分子印迹光子晶体传感器的构建

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1、华中农业大学硕士学位论文PMMA蛋白石结构光子晶体的制备及其双酚A分子印迹光子晶体传感器的构建姓名：郭纯申请学位级别：硕士专业：农产品加工及贮藏工程指导教师：高志贤201206PMMA蛋白石结构光子晶体的制备及其双酚A分子印迹光予晶体传感器的构建中文摘要双酚A(BisphenolA，BPA)是一种环境类内分泌干扰物，又称环境激素类物质。作为一种广泛应用的化工材料，目前BPA被滥用于生产罐头内包装、食品包装材料、牙科填充剂、婴儿用品等塑料行业。大量研究证实，若生命成长的关键时期(孕期和出生后的早期)暴露在BPA中，将会导致内分泌失调，严重影响胎儿和

2、儿童的正常发育以及生殖功能等。因此，亟需发展一种高选择性和高效率性的检测方法以便于监测环境中的BPA水平。光子晶体(PhotonicC巧stals，PCs)是由两种以上具有不同折光系数的材料在空问按照一定的周期顺序排列所形成的有序结构材料。它具有尺度为光波长量级的重复结构单元，通过对这些结构单元的合理设计，可以调控PCs的光学性质。这些特性使PCs成为理想的传感材料，应用于化学和生物传感器领域。而分子印迹技术(MolecularImprintingTechnology,MIT)是基于抗原一抗体的识别原理而采用化学方法合成的高分子聚合物，也被称为“

3、人工抗体”。同抗体功能相似，MIPs具有选择性识别目标分子或与其结构相近的某一类化合物的能力，同时其化学性能更为稳定。本文通过联用MIT和PCs技术构建三维仿生光子晶体传感器，以实现对环境激素类物质BPA的检测。为了成功构建该传感技术平台，第一部分：首先进行了技术基础研究。到目前为止，人们面临的主要挑战之一是如何控制微球的粒径大小及粒径均一化程度，而粒径大小固定且均一的微球是制备光子晶体所必须的原材料。在本研究中，通过控制合成时的各个条件成功制备了不同粒径大小且均一的聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmemacrylate，PMMA)微球，并

4、分别制备了不同结构色的光子晶体。利用所制备的PMMA纳米微球构建了刺激响应性的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体(Polymethylmemac巧latePhotonicCrystals，PMMAPCs)，并系统的研究了合成条件、微球粒径、光子晶体结构色以及光学衍射峰之间的关系，实验结果与Bragge法则计算结果具有良好的一致性。而且，我们对PMMAPCs的刺激响应性进行了细致的研究，PMMAPCs对不同环境因素的刺激响应各不相同，刺激响应表现为反射峰的位移或者峰强度的变化，这两种响应方式都可以作为评估传感特性的参数。这些研究为后面传感器的成功构建奠定了基

5、础。第二部分：仿生光子晶体传感器构建，通过联用分子印迹技术和光子晶体技术成功构建了分子印迹的蛋白石光子晶体传感器(OpalPhotonicCrystalSensor,OPCS)，此传感器能快速、无标记的检测水溶液中痕华中农业大学2012届硕士研究生学位论文量BPA。这两部分的研究内容具体如下：(1)通过改变合成条件(包括引发剂的用量，反应时间，搅拌速度，单体的用量，交联剂的用量)控制合成的PMMA纳米微球的粒径。成功制得不同粒径的微球，粒径范围在150～300am，通过反复离心分散均一微球的粒径，粒径偏差在±5nrn。再利用垂直沉积自组装的方法将

6、不同粒径的PMMA微球分别制备成光子晶体。研究微球粒径．光子晶体结构色．光学衍射峰之间的关系，结果表明随着PMMA微球粒径的增大，制备的光子晶体的反射峰的位置逐渐红移，结构色也各不相同。结果与布拉格法则基本一致。同时对光子晶体的刺激响应特性展开研究，实验表明PMMAPCs对环境pH的变化不敏感；当温度从60。C降低到10。C的时候，光子晶体反射峰强度从130降低到了79；当体系的乙醇含量由O增加到100％的时候，光子晶体反射峰峰位置红移了53ntn。光子晶体对pH，温度和乙醇敏感性的研究，证明了PMMAPCs对pH不敏感，有助于该种光子晶体在不同

7、pH的溶剂中的应用，温度使PMMAPCs的峰强产生响应变化，而乙醇溶剂则使它的峰发生了位移，这不但说明了PMMAPCs对温度和乙醇敏感，还证明了峰强和峰位置的变化，都可以做为评估光子晶体敏感特性的参数。这些研究为我们下一步在构建蛋白石结构光子晶体传感器方面奠定了基础。(2)第二部分研究中通过联用PCs技术和MIT，构建了分子印迹的蛋白石结构光子晶体传感器(OPCS)，并用于对水中痕量的BPA进行无标记的检测。首先通过无皂乳液聚合的方法到了粒径为220-土5nmBPA印迹的单分散PMMA纳米微球，这样大量的BPA印迹的纳米孔穴就分散存在于PMMA微

8、球中。将单分散的PMMA微球制备成光子晶体，再洗脱目标分子BPA，就成功制得了分子印迹的OPCS。微球内部的高亲和力纳米空穴能对目标分子