晶胶阵列的制备及其在传感中的应用研究

论文题目: 晶胶阵列的制备及其在传感中的应用研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 生物科学与医学工程

作者: 曹跃霞

导师: 钱卫平

关键词: 晶胶阵列,布拉格定律,水凝胶,传感

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文制备了一种新型传感材料,在低离子浓度溶液中,表面高电荷、单分散、粒径统一的硬球胶体颗粒在静电排斥作用下能够自组装成系统自由能最小的面心立方或者体心立方的晶胶阵列(Crystalline Colloidal Arrays, CCA)。将这个晶胶阵列聚合到水凝胶中形成晶胶阵列凝胶,可作为一种传感材料应用于化学和生物传感中。以直径为110 nm的二氧化硅胶体溶液作为母液,通过沉降重悬法去除溶液中杂质离子制备二氧化硅晶胶阵列。浓度为9%的晶胶阵列的晶面间距大致为200 nm,将其浓度在6%-12.5%范围内调整,晶胶阵列的布拉格衍射峰范围为500-660 nm。以晶胶阵列、丙烯酰胺、甲叉基双丙烯酰胺作为聚合单体,紫外聚合将晶胶阵列包埋于聚丙烯酰胺水凝胶中,制备了晶胶阵列凝胶,复制了晶胶阵列的光学性质。用不同浓度的酒精溶液浸泡晶胶阵列凝胶,在0-25%的酒精范围内,晶胶阵列凝胶的衍射峰在400-700 nm范围内变化,几乎覆盖了整个可见光范围,而通过空隙中物质折射率的变化引起的布拉格衍射峰的迁移量一般小于20 nm。晶胶阵列凝胶中的酒精浓度改变1%,晶胶阵列布拉格衍射峰平均移动10 nm。将聚丙烯酰胺水凝胶在碱性条件下水解,制备了对pH值敏感的传感材料,在水溶性碳化二亚胺(EDC)作用下连接对葡萄糖具有特异性结合能力的识别基团到聚丙烯酰胺骨架上,制备了对葡萄糖敏感的智能晶胶阵列凝胶,用于葡萄糖生物传感器中。pH敏感的晶胶阵列凝胶检测范围为2.2-9.6,分辨率达到1.2 nm/0.01pH。低离子浓度溶液中,葡萄糖引起晶胶阵列凝胶膨胀,随着葡萄糖浓度的变化,凝胶的衍射峰在65 nm范围内变化。晶胶阵列在传感方面具有潜在的用途,检测范围和检测灵敏度都优越于蛋白石型光子晶体。晶胶阵列凝胶属于有序阵列,布拉格衍射效率很高,实验过程中无需大型设备,从而实现一种响应敏感,响应范围宽,特异性强,操作简便,成本低廉,可以商业化的新型传感材料。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究课题的背景

1.2 光子晶体的概况及光学原理

1.2.1 光子晶体的概念

1.2.2 光子晶体的制备

1.2.2.1 重力沉降自组装

1.2.2.2 颗粒连续对流自组装

1.2.2.3 静电力自组装

1.2.2.4 改变表面电荷自组装

1.2.2.5 电场中自组装

1.2.2.6 温度梯度法

1.2.3 晶胶阵列的光学原理

1.3 水凝胶的概述

1.3.1 水凝胶的溶涨理论

1.3.2 水凝胶的化学性质

1.3.3 水凝胶的分类

1.3.3.1 温度敏感性水凝胶

1.3.3.2 pH 值敏感水凝胶

1.3.3.3 离子敏感性水凝胶

1.3.3.4 光敏性水凝胶

1.3.3.5 生物分子响应水凝胶

1.4 晶胶阵列凝胶概述

1.5 本论文的研究意义及主要内容

1.6 本章小结

第二章 晶胶阵列的制备

2.1 引言

2.2 实验原理

2.3 实验材料与方法

2.3.1 试剂与仪器

2.3.2 实验步骤

2.3.3 结果表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 SiO_2 母液的沉降性质

2.4.2 SiO_2 颗粒的纯化

2.4.3 不同衍射波长的晶胶阵列

2.5 本章小结

第三章 晶胶阵列凝胶的制备

3.1 引言

3.1.1 单体

3.1.2 引发体系

3.2 实验原理

3.3 实验材料与方法

3.3.1 试剂与仪器

3.3.2 实验步骤

3.4 结果与讨论

3.4.1 晶胶阵列凝胶的衍射现象

3.4.2 不同衍射波长的晶胶

3.4.3 晶胶中的缺陷

3.4.4 不同浓度酒精溶液对晶胶阵列凝胶的影响

3.5 本章小结

第四章 晶胶阵列在传感方面的应用

4.1 引言

4.1.1 识别基团修饰水凝胶

4.1.2 凝胶传感模式

4.1.3 主要试剂的理化常数

4.2 实验原理

4.3 实验材料与方法

4.3.1 试剂与仪器

4.3.2 实验步骤

4.4 结果与讨论

4.4.1 晶胶阵列凝胶的平衡过程

4.4.2 检测pH值

4.4.2.1 晶胶阵列凝胶的检测范围

4.4.2.2 pH值的检测精度

4.4.3 检测葡萄糖

4.4.3.1 检测平衡时间

4.4.3.2 检测不同浓度的葡萄糖溶液

4.4.3.3 乳糖对葡萄糖敏感型晶胶阵列凝胶的影响

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本论文的工作总结

5.2 展望

5.2.1 本论文中还没有解决和尚需研究的问题

5.2.2 对晶胶阵列的一些展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2007-06-11

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