晶胶阵列的制备及其在传感中的应用研究.pdf

晶胶阵列的制各及其在传感中的应用研究 曹跃霞，董健，堡卫垩= (东南大学生物科学与医学工程系吴健雄实验室，南京，210096) 摘要：本文通过改变外界压力研究了晶腔阵列(cCA)在不同压力r的光学性质，雎力改 3 变10跏m2晶胶阵列布拉格衍劓波长位移达30lltil．分辨率达到o g／cm2．表明其对压 力响应敏感度高。通过对晶胶阵列进行化学修饰制各了葡萄糖智能型晶胶阵列用于葡萄 糖检测。低离子浓度溶液中随着葡萄糖浓度在0。50rnM范围内变化，晶胶阵列衍射波长 变化达65tim，这是紧密堆积型光子晶体所不能达到的，表明晶胶阵列在化学传感中具有 潜在的应用价值。 胶体化学发展蓬勃，在光于晶体的制各上显现了其他方法无可比拟的优点。非紧密 堆积型的晶胶阵列作为敏感元件，在分析领域较其它光子晶体更优越”‘3j。水凝胶锁定 CCA晶格形成聚台晶体胶体阵列(PCCA)可以应用在化学传感中，实现一种可视化检测。 调节胶体颗粒的浓度制各衍射波眭覆盖整个可见光区域的PCCA．随着水凝胶体积变化． 包埋于其中的CCA晶格常数发生变化，导致衍射波长改变，利用选种特性，将分子识别 基团连接到水凝胶中，随着待渊物浓度的变化，PCCA光学性质随之发生变化，直观的 体现在衍射波长的变化，肉眼可以观察到PCCA颜色的变化，从而实现这种可视化检测。 利用锁定晶格结构的水凝胶体积发生变化引起PCCA衍射波欧发生变化原理为，锁定的 CCA中胶体颗粒数量不变，但是体积发生变化，所以晶胶阵列的晶格常数发生变化，由 布拉格衍射公式： ”=1．633rhd 式巾x表示衍射峰波长，d表示晶面间距相邻球(孔)中一II,球．n。为系统的有效折射率， CCA的晶格常数发生变化，即d发生改变，晶胶阵列衍射波长发生位移。 以粒径为110眦标准偏差在5％以内的二氧化硅球形胶体颗粒排列成CCA，丙烯酰 胺作为聚合单体，光引发聚合制各PCCA，光纤光谱仪砝码(RIFS)检测晶胶阵列布拉 格衍射峰(见右图)。来加载压力时，衍射波长在830 nm处，压力变化10∥cm2的情况 F，衍射峰蓝移大概3011111，随着压力增人．衍射波长降至610nm左右。从实验结果可 262 以看出，晶胶阵列对压力的响应很敏感．加载不同的压力，晶胶阵列衍射峰几乎可以在 整个可见光范围内变化。 晶胶阵列用于化学传感中主要是聚丙烯酰胺水凝胶中的功能基团可以进一步功能 化，例如，在水溶性碳化二亚胺(Eta2)作用下 连接对葡萄糖具有特异性结合能力的识别基 P仃《 P一℃广协 ．孑些 团到聚丙烯酰胺骨架上，制各对葡萄糖敏感的 智能晶胶阵列(IPCcA)，用于葡萄糖传感器 中。如右上图，利用含硼或者硼酸的化合物络 铲一叼书 铲一饼吒 合葡萄糖制备葡萄糖传感器的线路国。 在缓冲液中检测葡萄糖含量，光谱图如右下图，葡萄糖浓度从0增加到10rnM，晶 胶阵列的衍射峰位置红移了12rim，葡萄糖浓度在0．50 mM范围内变化，晶胶阵列的衍 射峰位置在593．658 nm范围内变化，变化范围宽达65nm，而我们之前制备的反欧泊型 光子晶体，在传感中应用时乙醇浓度从O变化到100％光子晶体衍射波长只能移动13nm。 晶胶阵列属于有序阵列，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，操作简便。成本低廉，可以商业化的新型传感材料。 参考文献： 1．S．A．Asher,J．H．Holtz。L．Lei，上Am．Chem．Soc．。1994。116：4997 2．J．H．Holtz，S．A．Asher,Nature．1997．389：829． 3．J．M．W