反蛋白石结构水凝胶光子晶体的自组装及其对化学物质的响应性研究

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1、反蛋白石结构水凝胶光子晶体的自组装及其对化学物质的响应性研究Selfassemblyofinverseopalhydrogelphotoniccrystalsanditsresponsetochemicalsubstances学科专业：化学作者姓名：赵慧琳指导教师：高建平教授天津大学理学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工

2、作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要响应性光子晶体的折光率和晶格可以随着外界环境的改变而变化，进而引起光子带隙

3、的移动。当光子带隙落在可见光区域时，宏观上表现为结构色的变化，可用于视觉传感器的研究开发中。分子印迹技术可以在聚合物中引入与印迹分子形状、大小和结合位点相匹配的纳米空腔，可以实现对目标分子的专一性检测。本文从响应性光子晶体和它与分子印迹相结合两个角度，构建了不同的视觉传感器，研究了它们对不同化学物质的响应性。通过超声诱导自组装的方法，制备了具有鲜艳颜色的大面积聚-2-甲基丙烯酸羟乙酯反蛋白石水凝胶(IOHGPHEMA)薄膜。该IOHGPHEMA薄膜对一系列水溶性醇和羰基类化合物均有响应。通过改变有机化合物的种类和化学品的浓度，IOHGPHEMA

4、薄膜鲜艳的结构色可以在整个可见光区迅速改变。此外，IOHGPHEMA薄膜不仅能被重复利用，而且它的响应速度很快,因此通过最大反射峰位置的移动可以实现对有机化合物浓度变化的半定量分析。利用毛细力诱导方法，成功制备了具有大面积，颜色鲜艳的2-甲基丙烯酸羟乙酯和苯硼酸共聚的反蛋白石水凝胶(IOHGHEMA+3APBA)薄膜。利用在一定pH范围内，苯硼酸可以与多羟基相结合的特点，研究了IOHGHEMA+3APBA薄膜对单糖、多糖和多羟基醇类物质的响应性。IOHGHEMA+3APBA薄膜的反射峰随着检测物质浓度的增大向长波方向移动，覆盖了整个可见光区域，

5、可以通过颜色的变化来判断浓度范围，实现了对它们的微量检测。值得一提的是，本章也实现了对生理浓度范围内葡萄糖的线性检测。以D/L-核糖(D/L-Ri)为印迹分子，制备了反蛋白石结构水凝胶薄膜，它能够对不同浓度的D/L-Ri水溶液进行简单快速检测。由于印迹分子、AA单体和交联剂的含量均会影响D-Riwx-IOHGPHEMAy+AAz薄膜的制备、响应性和机械性能，所以通过综合调节各个因素，最后采用了各方面性能都比较优异的D-Ri3%0.01-IOHGPHEMA0.21+AA0.14薄膜作为最终研究对象。印迹的IOHGPHEMA0.21+AA0.14薄

6、膜对相应的印迹分子有很好的选择识别性，当相应的印迹分子进入薄膜中的纳米腔时，会引起薄膜的溶胀，进而引起λmax值的红移。该薄膜还具有良好的可逆性、物理稳定性和化学惰性，可以多次循环利用。关键词：光子晶体，分子印迹，水凝胶，传感器，醛酮类物质，糖类，核糖I万方数据ABSTRACTTherefractiveindexandlatticeofresponsivephotoniccrystalscanvarywiththechangeoftheexternalenvironment,whichinturncausesthemovementoftheph

7、otonicbandgap.Whenthephotonbandgapfallsinthevisibleregion,themacroscopicperformanceofthestructuralcolorchangescanbeusedforresearchanddevelopmentofvisualsensors.Molecularimprintingtechniquecanintroducenanocavitiesthatmatchtheshape,sizeandbindingsitesoftheimprintedmoleculesint

8、hepolymer,andcanachievespecificitydetectionoftargetmolecules.Inthispaper,tw