基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，包括：S1、提供雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板；S2、以所述模板為載體，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。本發(fā)明專利技術(shù)制得的pH敏感元件能根據(jù)環(huán)境pH值的變化單調(diào)改變其反射光波峰，即每一pH值都對(duì)應(yīng)著不同的反射光顏色，實(shí)現(xiàn)pH比色傳感的真實(shí)性和穩(wěn)定性，且由于pH敏感元件由于其高度球?qū)ΨQ的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)，測(cè)得的反射光波峰不依賴于測(cè)量角度，從而達(dá)到在任何角度探測(cè)都有穩(wěn)定結(jié)果輸出。本發(fā)明專利技術(shù)的制備方法還具有方便、安全、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)。

Method for preparing pH sensitive element based on double helix twenty-four face structure

The invention relates to a method for preparing pH sensitive element double helix twenty-four surface body structure based on S1, including: providing twenty-four double helix structure template; S2, using the template as the carrier, the formation of poly methyl methacrylate on the template. PH sensitive components prepared by the invention can according to the change of pH value monotonically change the reflected light wave, namely each pH value corresponds to the color of the light reflected from different pH, than the authenticity and stability of color sensor, and the pH sensitive element due to the internal three dimensional structure of the height of the ball symmetric, measurement the peak of reflection light does not depend on the angle measurement, so as to achieve at any angle detection have stable output. The preparation method of the invention has the advantages of convenience, safety, simplicity, stability and short time consumption.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法
本專利技術(shù)涉及pH傳感
，特別涉及到一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法。
技術(shù)介紹
pH傳感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)檢測(cè)、生物醫(yī)用等領(lǐng)域得到可廣泛的應(yīng)用。其中，pH響應(yīng)型功能聚合物因其出色的靈敏性和穩(wěn)定性引起了越來(lái)越多科學(xué)工作者的關(guān)注。刺激響應(yīng)型聚合物可以通過(guò)自組裝的方式得到形態(tài)各異的聚集體，它們?cè)谑艿酵饨绱碳ぃ珉姶艌?chǎng)、光照、溫度或pH值變化時(shí)，會(huì)迅速產(chǎn)生特異性響應(yīng)，從而引起整個(gè)聚合物結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)變和體積相轉(zhuǎn)變。目前，在pH傳感
，對(duì)pH響應(yīng)型功能聚合物傳感的研究主要集中在對(duì)其結(jié)構(gòu)、體積相轉(zhuǎn)變的量化輸出和對(duì)其三維結(jié)構(gòu)的精細(xì)化、復(fù)雜化上。出于直觀性的考慮，具有光學(xué)特性的聚合物結(jié)構(gòu)成為了pH傳感的一個(gè)熱門(mén)選擇，如已經(jīng)被廣泛研究的貓眼石、蝴蝶翅膀結(jié)構(gòu)等。但是這些傳統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)都缺乏高度對(duì)稱性，即顯示出很強(qiáng)的角度依賴性，這不利于實(shí)際應(yīng)用中pH測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性的需求。例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210239890.2的中國(guó)專利技術(shù)專利，其公開(kāi)了一種pH響應(yīng)的復(fù)合智能高分子光子晶體，利用morpho(大閃蝶)蝶翅中樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建聚合物框架，展現(xiàn)出靈敏的U形響應(yīng)曲線。但是缺乏對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)和非單值對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果使得該pH傳感元件的應(yīng)用前景堪憂。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的問(wèn)題是提供一種具有三維對(duì)稱性的雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，以得到一種對(duì)角度依賴性弱，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定且可靠的pH敏感元件。為解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，包括：S1、提供雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板；S2、以所述模板為載體，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。進(jìn)一步，步驟S2包括：S21、配置甲基丙烯酸單體前驅(qū)液；S22、將所述模板浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)；S23、取出所述模板，并使附著于所述模板上的甲基丙烯酸單體前驅(qū)液發(fā)生自組裝反應(yīng)，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。進(jìn)一步，步驟S21的方法為：將10ml甲基丙烯酸單體、5ml交聯(lián)劑EGDMA和25mg引發(fā)劑AIBN共同溶于10ml乙醇中，形成甲基丙烯酸單體前驅(qū)液。進(jìn)一步，步驟S22中，所述模板浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)的溫度為室溫，時(shí)間為24h。進(jìn)一步，步驟S23中，自組裝反應(yīng)的條件為在65℃下放置24h。進(jìn)一步，其特征在于，步驟S1中所述的模板為黃星綠小灰蝶蝶翅。進(jìn)一步，步驟S1和步驟S2之間還包括：將所述蝶翅在30℃條件下浸漬在6wt.％的氯化氫溶液中4小時(shí)；接著再在60℃的10wt.％的氫氧化鈉溶液中浸漬20min；取出蝶翅，用清水清洗蝶翅，并平鋪在玻璃纖維布上；最后將置于玻璃纖維布上的蝶翅在60℃下干燥20分鐘，隨后在室溫下干燥24h。進(jìn)一步，將蝶翅平鋪于玻璃纖維布上之前，還包括對(duì)所述玻璃纖維布進(jìn)行以下處理：在120℃下燒結(jié)2小時(shí)；在15％的乙酸溶液中80℃浸漬45分鐘；在乙醇中超聲20分鐘；在10％的硅烷偶聯(lián)劑溶液中恒壓煮沸30-60分鐘。進(jìn)一步，步驟S1中所述的模板為聚苯乙烯。進(jìn)一步，所述聚苯乙烯的制備方法包括：合成聚苯乙烯-聚乳酸嵌段聚合物；將嵌段聚合物作為溶質(zhì)，配置成10wt.％的二氯甲烷溶液；將所述溶液倒入模具中；室溫干燥兩周使所述溶液成形，形成塊體樣品；在65℃下干燥3天，然后加熱到175℃保持3分鐘；將塊體樣品置于0.5mol/L的堿液中三天，除去聚乳酸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本專利技術(shù)制得的pH敏感元件能根據(jù)環(huán)境pH值的變化單調(diào)改變其反射光波峰，即每一pH值都對(duì)應(yīng)著不同的反射光顏色，實(shí)現(xiàn)pH比色傳感的真實(shí)性和穩(wěn)定性。2、本專利技術(shù)制得的pH敏感元件由于其高度球?qū)ΨQ的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)，測(cè)得的反射光波峰不依賴于測(cè)量角度，從而達(dá)到在任何角度探測(cè)都有穩(wěn)定結(jié)果輸出。3、本專利技術(shù)的制備方法具有方便、安全、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是超景深圖，其中，a為原始蝶翅(x500倍圖)的超景深圖，b為本專利技術(shù)第一實(shí)施例中制得的pH敏感元件的超景深圖(x500倍圖)；圖2是SEM圖，其中，a為原始蝶翅的SEM圖(60000倍)，b為本專利技術(shù)第一實(shí)施例中制得的pH敏感元件的SEM圖(60000倍)；圖3是第一實(shí)施例中制得的pH敏感元件的的pH響應(yīng)性能測(cè)試圖。其中，a是pH-λmax圖，其中λmax為反射波峰值波長(zhǎng)，b為重復(fù)多個(gè)pH循環(huán)后該pH敏感元件在兩端pH值處的響應(yīng)情況；圖4是本專利技術(shù)第一實(shí)施例中制得的pH敏感元件的角分辨光譜圖，其中反射角反映了測(cè)量時(shí)的探測(cè)角度。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。第一實(shí)施例本實(shí)施例提供一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，包括：S1、提供雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板；S2、以所述模板為載體，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。其中，雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)為三維對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在此模板上附著pH敏感物質(zhì)，可以使得到的pH敏感元件具有角度不依賴性。其中，雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板可以為人工合成的模板，也可以是天然的模板。在本實(shí)施例中，所述的模板為天然模板，更具體的為黃星綠小灰蝶(Callophrysrubi)蝶翅。所述蝶翅具有雙螺旋二十四面體的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)稱元素為所述蝶翅的內(nèi)連通孔洞平均尺寸為143nm。在步驟S2之前，還包括：將所述蝶翅在30℃條件下浸漬在6wt.％的氯化氫溶液中4小時(shí)；接著再在60℃的10wt.％的氫氧化鈉溶液中浸漬20min，使蝶翅中幾丁質(zhì)轉(zhuǎn)化為殼聚糖；取出蝶翅，用清水清洗蝶翅，并平鋪在玻璃纖維布上；以玻璃纖維布為作為蝶翅的載體，一方面由于玻璃纖維布的穩(wěn)定性好，在各種溶液中不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)；另一方面，玻璃纖維布具有良好的力學(xué)性能可以增強(qiáng)pH敏感元件的強(qiáng)度和韌性；最后將置于玻璃纖維布上的蝶翅在60℃下干燥20分鐘，隨后在室溫下干燥24h。在具體實(shí)施例中，將蝶翅平鋪于玻璃纖維布上之前，還包括對(duì)所述玻璃纖維布進(jìn)行以下處理：在120℃下燒結(jié)2小時(shí)；在15％的乙酸溶液中80℃浸漬45分鐘；以除去玻璃纖維布表面的有機(jī)物；在乙醇中超聲20分鐘；以引入活性基團(tuán)；在10％的硅烷偶聯(lián)劑溶液中恒壓煮沸30-60分鐘，硅烷偶聯(lián)劑為KH-550。步驟S2包括：S21、配置甲基丙烯酸單體(MAA)前驅(qū)液。更為具體的，將10ml甲基丙烯酸單體、5ml交聯(lián)劑EGDMA和25mg引發(fā)劑AIBN共同溶于10ml乙醇中，形成甲基丙烯酸單體前驅(qū)液。S22、將所述模板浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)。更為具體的，將將已經(jīng)固定在玻璃纖維布上的蝶翅浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)，并在室溫下放置24小時(shí)。S23、取出所述模板，并使附著于所述模板上的甲基丙烯酸單體前驅(qū)液發(fā)生自組裝反應(yīng)，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。更為具體的，在去除所述模板后，采用濾紙吸去蝶翅表面多余的前驅(qū)液。然后，將附著有甲基丙烯酸單體前驅(qū)液的蝶翅放入烘干箱，在65℃下干燥24小時(shí)，使甲基丙烯酸單體發(fā)生自組裝反應(yīng)，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸(PMAA)。由于聚甲基丙烯酸是由附著在蝶翅上的甲基丙烯酸單體前驅(qū)液發(fā)生自組裝反應(yīng)形成的，因此，聚甲基丙烯酸也就具有了蝶翅的微觀結(jié)構(gòu)，即雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)。本實(shí)施本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，包括：S1、提供雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板；S2、以所述模板為載體，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，包括：S1、提供雙螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)的模板；S2、以所述模板為載體，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。2.如權(quán)利要求1所述的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，步驟S2包括：S21、配置甲基丙烯酸單體前驅(qū)液；S22、將所述模板浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)；S23、取出所述模板，并使附著于所述模板上的甲基丙烯酸單體前驅(qū)液發(fā)生自組裝反應(yīng)，在所述模板上形成聚甲基丙烯酸。3.如權(quán)利要求2所述的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，步驟S21的方法為：將10ml甲基丙烯酸單體、5ml交聯(lián)劑EGDMA和25mg引發(fā)劑AIBN共同溶于10ml乙醇中，形成甲基丙烯酸單體前驅(qū)液。4.如權(quán)利要求2所述的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，步驟S22中，所述模板浸漬于所述甲基丙烯酸單體前驅(qū)液內(nèi)的溫度為室溫，時(shí)間為24h。5.如權(quán)利要求2所述的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，步驟S23中，自組裝反應(yīng)的條件為在65℃下放置24h。6.如權(quán)利要求1-5任一所述的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述的模板為黃星綠小灰蝶蝶翅。7.如權(quán)利要求6所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張旺，薛瑞陽(yáng)，朱本必，鄭王樹(shù)，張志堅(jiān)，張荻，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31