基于分子印迹光子晶体水凝胶传感器的构建.

分子印迹智能水凝胶的研究进展李祖彬,霍东霞*,王红英(郑州大学材料科学与工程学院,郑州450052摘要:智能水凝胶可以响应外界环境(如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等的变化,发生可逆体积相变,从而具有控制释放的能力。

将分子印迹技术引入智能水凝胶,制备分子印迹智能水凝胶,不仅可以保持其环境响应性,更赋予其对特异分子的识别性能,从而可以根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关,实现自动识别并结合或释放特定分子。

它有望应用于药物控释、生物传感和免疫分析等领域。

本文综述了分子印迹智能水凝胶的研究现状,讨论了其目前所面临的挑战,并展望了其发展前景。

关键词:智能水凝胶;分子印迹;感应2响应;分子识别;控制释放引言智能水凝胶(Intelligent Hydrogels是一类能够响应外界刺激信号(如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等的变化而产生可逆体积相变的水凝胶。

由于它同时具备了感应和响应功能,兼有水凝胶的柔韧性和渗透性,因而倍受关注。

近几十年来,其研究已取得了较大的进展,并广泛应用于固定化酶、物质分离、细胞培养、温敏开关、化学传感和药物控制释放等领域。

分子印迹技术(M olecular imprinting technique,MI T是制备对某一特定目标分子具有特异选择性的聚合物的过程。

将分子印迹技术应用于环境敏感水凝胶,制备分子印迹智能水凝胶(M olecularly Imprinted Intelligent Hydrogels,M I Hs,不仅可以提高水凝胶分子网络对特定分子的结合力,而且能够根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关,实现自动识别并结合或释放特定分子;同时,外界特定分子浓度的变化也能刺激水凝胶发生溶胀或收缩,从而控制其中包埋物质的释放。

这些特定分子主要是蛋白质、聚肽、核酸、葡萄糖等生物大分子,因而在药物控释体系、生物传感器和免疫分析等领域有着巨大的应用前景。

光子晶体传感器的制备及应用研究光子晶体传感器是利用光子晶体的光学特性来实现对物质浓度、环境温度、压力等参数的检测。

光子晶体是一种具有长程周期性结构的介质材料，其结构重复单元的尺寸和间距与光波波长相当，具有对特定波长的光有较强反射的性质。

本文将介绍光子晶体传感器的制备方法及其在生物医学、食品安全等领域的应用研究。

一、光子晶体传感器制备方法制备光子晶体传感器的方法主要有两种：一种是直接制备，另一种是利用自组装技术制备。

1. 直接制备直接制备方法是指将材料（如聚苯乙烯、二氧化硅等）在一定条件下制成具有光子晶体结构的薄膜，然后再将它们作为传感器的传感层来使用。

其制备步骤主要包括：材料选择和预处理、光子晶体结构设计、裂解与自组装、制膜、刻蚀和后处理等。

这种方法制备的传感器稳定性较好，但相对于自组装技术而言，制备过程相对繁琐，成本较高。

2. 自组装技术自组装技术是指在一定条件下，利用组成物分子间相互吸引和排斥的作用，在特定基底上组合成具有规则结构的材料。

其制备步骤主要包括：选择合适的自组装单元、预处理表面、自组装、热处理等。

这种方法相对于直接制备方法而言，制备过程较为简单，成本较低。

因此，自组装技术被广泛应用于光子晶体传感器的制备。

二、光子晶体传感器的应用研究1. 生物医学领域光子晶体传感器可以实现对生物分子（如蛋白质、DNA等）的检测。

利用和生物分子的配对反应，将生物分子固定在光子晶体表面，通过检测固定后对应的光子晶体结构变化来实现对生物分子的检测。

光子晶体传感器在生物医学领域的应用具有很大的潜力，可以用于疾病检测、药物筛选等方面。

2. 食品安全领域光子晶体传感器可以实现对铅、汞、氯之类的有害物质进行检测。

将光子晶体作为传感层，利用这些物质与其表面成分的相互作用，改变光子晶体反射波长的位置和强度来实现对这些有害物质的检测。

在食品安全领域，光子晶体传感器可以被用于检测水、食品或其他环境中的有害物质。

3. 环境监测领域利用光子晶体传感器可以实现对环境温度和压力等参数的检测。

分子印迹光子晶体传感器检测四环素类抗生素的研究分子印迹光子晶体传感器检测四环素类抗生素的研究摘要：本研究基于分子印迹技术和光子晶体传感器原理，研制了一种能够快速、高效、精准检测四环素类抗生素的光子晶体传感器。

首先使用亚甲基双丙烯酸甲酯为功能单体，在硅基底片上构筑了分子印迹聚合物薄膜。

特异性吸附四环素类分子后，分子印迹聚合物薄膜形成了一种光子晶体结构，使得传感器对于四环素类抗生素具有高度响应性和专一性。

通过光谱分析和电化学测试探究了光子晶体结构的制备条件和响应机制。

实验结果表明，该光子晶体传感器对于常见的四环素类抗生素均具有较高的灵敏度和特异性，检测下限可达到ng/mL级，同时具有极高的稳定性、再现性和重复性。

因此，本研究所开发的分子印迹光子晶体传感器有望成为一种高效、低成本的药物检测和分析工具。

关键词：光子晶体；分子印迹技术；四环素类抗生素；传感器；检引言四环素类抗生素是广泛应用于人畜兽医领域的一类抗生素，其历史悠久、疗效确切，但也存在一定的副作用和药物耐受性问题。

因此，对于四环素类抗生素的检测和分析至关重要。

传统的检测方法包括高效液相色谱、气相色谱-质谱联用等技术，但这些方法存在着操作复杂、昂贵、操作时间长等缺点，限制了其在药品检测领域的应用。

光子晶体传感器作为一种新兴的药物检测手段，由于具有实时、不需标记、操作简单等优势，成为了一种具有发展潜力的方法。

分子印迹技术是一种可精确复制分子空间结构和识别分子的技术。

通过分子印迹技术可以制备出一种特定分子的选择性识别体——分子印迹聚合物。

将分子印迹聚合物作为传感材料，具有高度选择性和特异性的优势，可以用于制备传感器材料，实现对目标分子的高灵敏性识别和检测。

光子晶体传感器以光子晶体作为传感元件，通过监测其在不同介质中反射光谱的变化，实现对目标分子的检测和定量分析。

光子晶体本身具有周期性结构，具有明显的Bragg衍射效应，使得其在反射光谱上呈现出有序、清晰的干涉条纹。

光子晶体水凝胶传感器的研究进展光子晶体水凝胶传感器在一定外界条件刺激下，其水凝胶体系会发生膨胀或收缩，进而引起光子晶体的光子带隙改变而产生响应。

本文主要对光子晶体水凝胶传感器的原理及应用现状进行了综述，并提出了展望。

标签：光子晶体；水凝胶；传感器1 前言光子晶体是由2种或2种以上具有不同介电常数（折射率）的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的具有有序结构的材料。

电磁波在这种材料中传播时会受到由电介质构成的周期势场的调制，从而形成类似于半导体能带结构的光子能带。

光子能带之间如果没有重叠，就会形成光子带隙。

频率落在带隙中的光子无法在光子晶体中传播，所以光子晶体又被称为光子禁带材料[1，2]。

按光子晶体折射率变化的周期性，可将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体，见图1。

一维光子晶体是指在一个方向上具有光子带隙的材料，图1-A是简单的一维光子晶体结构，它是由2种介质交替叠层而成的。

在二维方向上具有光子带隙的材料叫二维光子晶体。

典型的二维光子晶体结构（如图1-B）是由许多二维介质棒平行而均匀地排列而成。

三维光子晶体是指在全方位上都有光子带隙的材料（如图1-C），落在带隙中的光，在任何方向上都被禁止传播[3]。

光子晶体会产生特征性的Bragg衍射，衍射峰的波长表达式为：kλ=2d（neff2-sin2θ）1/2，其中k 为衍射级数，neff为光子晶体的平均折射率，θ为光线入射的角度（如图1-D）。

由表达式可知，Bragg 衍射峰的波长取决于材料平均折射率neff和晶格参数d。

通过改变晶格参数调节光子禁带结构从而使Bragg衍射峰发生位移的主要是一些柔性的胶体光子晶体[4]，如水凝胶包埋的胶体光子晶体，填充有弹性体的胶体光子晶体等。

其中将水凝胶与光子晶体结合在一起制备出具有自表达特性的光子晶体水凝胶传感器已成为研究的热点。

凝胶是指含大量溶剂的三维网状结构的高分子聚合物。

其网络结构一般由大分子主链及含有亲水基团和疏水基团的侧链构成[5]。

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(IOHG PHEMA)薄膜。

该IOHG PHEMA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，IOHG PHEMA薄膜鲜艳的结构色可以在整个可见光区迅速改变。

此外，IOHG PHEMA 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(IOHG HEMA+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IOHG HEMA+3APBA薄膜对单糖、多糖和多羟基醇类物质的响应性。

IOHG HEMA+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，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-Ri x-IOHG w PHEMA y+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-Ri0.01-IOHG3%PHEMA0.21+AA0.14薄膜作为最终研究对象。

红霉素分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器的研究高敏君;刘根起;薛亚峰;陈小娟;师维江;范晓东【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2017(045)005【摘要】以红霉素为印迹分子,聚苯乙烯二维光子晶体为模板,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂,2,2-二乙氧基苯乙酮为引发剂,紫外光引发聚合,在甲醇-乙酸(9∶1, V/V)中洗脱印迹分子,得到能够特异性识别红霉素的分子印迹二维光子晶体水凝胶.通过测试德拜环直径变化,研究了此水凝胶在红霉素溶液中的响应性能.实验结果表明,当红霉素的浓度从0增加到1×10-6 mol/L时,德拜环直径增加6 mm, 相应的晶格间距减小30 nm.此外,水凝胶在1×10-6 mol/L红霉素的类似物罗红霉素、琥乙红霉素溶液中,德拜环直径仅分别增加1.5和2.0 mm,表明此光子晶体水凝胶具有良好的选择性,有望用于红霉素低成本的简易检测.【总页数】7页(P727-733)【作者】高敏君;刘根起;薛亚峰;陈小娟;师维江;范晓东【作者单位】西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,陕西省高分子科学与技术重点实验室,西安710129【正文语种】中文【相关文献】1.分子印迹光子晶体水凝胶传感器研究进展 [J], 孟梁;孟品佳;王彦吉;唐步罡;张庆庆2.2,4,6-三氯酚分子印迹光子晶体水凝胶传感器的研究 [J], 薛亚峰;刘根起;高敏君;陈小娟;范晓东3.磺胺二甲嘧啶分子印迹二维光子晶体r水凝胶传感器的研究 [J], 陈小娟;刘根起;任宸锐;高敏君;范晓东4.三聚氰胺分子印迹光子晶体水凝胶膜传感器的制备及应用 [J], 刘哲涵;张鑫;梁阿新;孙立权;罗爱芹5.糖蛋白印迹二维光子晶体水凝胶传感器的构建 [J], 李艳霞; 黄露; 陈毅挺; 娄本勇; 缪玲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

分子印迹光子晶体传感器在样品分析检测中的应用目录一、内容概览 (2)二、分子印迹光子晶体传感器概述 (2)1. 分子印迹技术定义及原理 (3)2. 光子晶体传感器技术介绍 (4)3. 分子印迹光子晶体传感器的结合 (5)三、样品分析检测中的技术应用 (7)1. 样品预处理 (8)2. 传感器制备与操作 (10)3. 检测方法与步骤 (11)四、分子印迹光子晶体传感器在样品分析检测中的优势 (12)1. 高选择性与灵敏度 (13)2. 良好的稳定性与重现性 (14)3. 操作简便、快速检测 (15)五、具体应用案例分析 (16)1. 药品成分分析检测 (17)2. 环境污染物检测 (19)3. 食品安全检测 (20)4. 生物分子检测 (21)六、存在问题及挑战 (22)1. 技术发展瓶颈 (23)2. 实际应用中的限制 (24)3. 成本控制与普及化问题 (26)七、发展前景与展望 (27)1. 技术创新与优化方向 (28)2. 拓展应用领域与范围 (30)3. 行业趋势与市场预测 (31)八、结论 (32)一、内容概览本论文深入探讨了分子印迹光子晶体传感器在样品分析检测领域的应用潜力与实际效果。

通过详细阐述分子印迹技术的基本原理与光子晶体的独特性质，本文揭示了这种传感器在提高检测灵敏度、选择性和稳定性方面的显著优势。

在实验部分，作者精心设计了多种类型的分子印迹光子晶体传感器，并将其应用于实际样品的分析检测中。

通过对不同样品的测试结果进行对比分析，本文验证了分子印迹光子晶体传感器在检测精度和效率方面的显著提升。

本文还探讨了影响分子印迹光子晶体传感器性能的关键因素，如印迹分子的种类、模板剂的性质、光子晶体的制备工艺等，并提出了相应的优化策略。

这些研究成果为进一步开发新型高效、高选择性的分子印迹光子晶体传感器提供了理论依据和实践指导。

分子印迹光子晶体传感器在样品分析检测领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。

分子印迹光子晶体凝胶传感器检测食品中的防腐剂顾航;潘彦光;黄振坚;朱德荣;黄艳梅;曾青松;孙慧【摘要】将响应性光子晶体与分子印迹技术相结合,建立了一种反蛋白石结构的分子印迹光子晶体凝胶传感器,并成功用于水果罐头中痕量防腐剂尼泊金乙酯的筛查.该传感器对尼泊金乙酯具有良好的识别能力,抗干扰能力强,对待测物的识别过程可通过光纤光谱仪转化成可读的光学信号,其布拉格衍射峰位移值与尼泊金乙酯浓度呈线性相关,定量下限为83 mg/L,且可重复使用.该检测平台具有便携式特征,无需对样品进行前处理,可准确、灵敏、快捷地检测复杂样品中的目标分析物,适于现场快速筛查和检测.%An inverse opal structural molecular imprinted photonic crystal (MIPC) sensor was established by combining the responsive photonic crystal and molecular imprinting techniques.The 3-D opal structure was obtained by vertical deposition self-assembly of monodisperse silica nanospheres which were prepared by St~ber method.MIPC was obtained after removing SiO2 nanospheres and imprinted molecules.Scanning electron microscope showed that the MIPC possessed a highly ordered 3 -D macroporous structure.The recognition for target analytes could be directly transferred into readable optical signals through a fiber optic spectrometer.The factors,such as eluate,pH value,sample matrix and molecular imprinted polymer(MIP) synthesis conditions,were optimized to improve the recognition ability and sensing properties of MIPC sensor.The MIPC sensor showed a good selectivity to ethyl paraben against interferons (2-hydroxy isobutyric acid,benzocaine and procaine) studied.Under the optimized conditions,the shift value ofBragg Diffraction peak of MIPC sensor was linearly related with the concentration of ethyl paraben.The sensor could be re-used with well performance,and the quantitation limit is 83 mg/L.The MIPC sensor could be applied directly and conveniently in monitoring of the target analytes in complex samples with good accuracy and sensitivity,and there is no need for sample processing.So it is suitable for on-site rapid screening and detection.【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2017(036)008【总页数】6页(P1023-1028)【关键词】分子印迹;光子晶体;传感器;尼泊金乙酯【作者】顾航;潘彦光;黄振坚;朱德荣;黄艳梅;曾青松;孙慧【作者单位】广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006;广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006;广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006;广东医科大学药学院,广东东莞523808;广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006;广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006;广州大学环境科学与工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】O657.3;S482.294尼泊金乙酯常被作为食品、皮革、制药、化妆品等的防腐剂，但它是一种环境内分泌干扰物，具有雌激素活性，在乳腺癌的产生过程中扮演了重要角色[1-4]。

L-色氨酸分子印迹光子晶体水凝胶膜的制备及性能杨兆昆;张晓栋;施冬健;陈明清;刘士荣【摘要】采用胶体晶体模板法,借助“三明治”结构制备了可与基底剥离的分子印迹光子晶体水凝胶膜(MIPHs).该MIPHs以L-色氨酸(L-Trp)为模板分子,丙烯酰胺(AM)为功能单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,在紫外光下引发聚合.扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,MIPHs具有相互贯通的三维有序大孔结构.制得的MIPHs在L-Trp的缓冲溶液中可快速响应,当L-Trp的浓度从10-10 mol/L增大到10-5mol/L时,MIPHs的Bragg衍射峰位移83 nm,并伴有明显的颜色变化.此外,MIPHs在L-Trp结构类似物L-酪氨酸(L-Tyr)和L-苯丙氨酸(L-Phe)的缓冲溶液中Bragg衍射峰位移较小,表明制得的MIPHs具有良好的选择性.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】6页(P37-42)【关键词】“三明治”结构;反蛋白石;光子晶体;分子印迹;L-色氨酸【作者】杨兆昆;张晓栋;施冬健;陈明清;刘士荣【作者单位】江南大学化学与材料工程学院,食品胶体与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,食品胶体与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,食品胶体与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,食品胶体与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,食品胶体与生物技术教育部重点实验室,无锡214122【正文语种】中文【中图分类】O658;O648.1色氨酸(Tryptophan)是生命体系中蛋白质及其它生物活性物质必不可少的组成成分. 由于仅通过日常饮食摄取的色氨酸量不能满足人体的正常需求, 所以色氨酸常被添加于各种食品和药品中. 然而, 人体摄入过多色氨酸则可能引起恶心、食欲不振及有困意等不良反应[1～3]. 因此, 检测食品和药品中色氨酸的含量对于公众健康极其重要.目前, 用于检测色氨酸的分析方法主要有高效液相色谱(HPLC)法[4]、毛细管电泳法(CE)[5]、荧光光谱法[6]和电化学方法[7～9]等, 这些方法虽然都具有一定的灵敏性和选择性, 但都需要复杂的仪器及繁琐的操作, 甚至需要专业人员来进行检测. 因此, 建立一种快速、灵敏、方便的现场检测手段具有重要的意义.分子印迹凝胶光子晶体(MIPHs)是基于分子印迹技术与凝胶光子晶体技术相结合发展起来的. 分子印迹技术是研究制备具有特异性纳米识别空腔的分子印迹聚合物(MIPs)的技术手段[10]. 特异性纳米识别空腔与印迹分子在尺寸、形状以及功能团作用上相匹配, 使其可与混合物中待分离的印迹分子发生特异性的结合[11,12]. 凝胶光子晶体(HPCs)周期性的介电结构可使电磁波发生Bragg衍射, 当电磁波落在可见光波长范围内时, 凝胶光子晶体即呈现出裸眼可视的鲜艳的结构颜色[13]; 同时HPCs可对外界环境刺激响应而发生快速可逆的溶胀收缩, 进而引起结构颜色的变化[14～17]. MIPHs既具有MIPs特异性识别的特点, 又能维持HPCs对外界刺激响应而导致肉眼可视的颜色变化的性质. 因此, MIPHs有望用于实际环境中待分析物的快速、灵敏、特异性检测. Li等[18]率先制备了用于识别L-多巴(L-Dopa)的MIPHs. 此后, 用于检测食品中香兰素[19]、胆固醇[20]及脯氨酸[21]等的分子印迹凝胶光子晶体被相继制得. 但迄今尚未见文献报道用于色氨酸检测的MIPHs的制备.本文制备了L-Trp分子印迹光子晶体水凝胶膜(L-MIPHs)和非印迹光子晶体水凝胶膜(NIPHs); 研究了L-MIPHs对L-Trp的特异响应性, 以及其对相应构型异构体和结构类似物的选择性. 结果表明, MIPHs不仅展现出快速响应及可重复使用的特点, 还具有肉眼可区分的颜色变化.1.1 试剂与仪器L-色氨酸(L-Trp)、L-酪氨酸(L-Tyr)、L-苯丙氨酸(L-Phe)、丙烯酰胺(AM)和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)均为分析纯, 购自国药集团化学试剂有限公司; 2,2′-二乙氧基苯乙酮(DEAP)和D-色氨酸(D-Trp)均为分析纯, 购自百灵威科技有限公司; 聚苯乙烯微球乳液(PS, 自制). 供胶体晶体生长的玻璃片(76.2 mm×24.5mm×1 mm)依次用丙酮、乙醇和超纯水超声清洗, 用氮气吹干, 备用.紫外灯(365 nm, 125 W, 深圳市喜万年科技有限公司); FLA5000型光纤光谱仪(杭州晶飞科技有限公司); DSC-HX300型数码相机(日本SONY公司).1.2 聚苯乙烯(PS)胶体晶体的制备1.4 MIPHs的响应性将MIPHs/NIPHs浸入待测分子(由低浓度到高浓度)缓冲溶液中30 s, 用光纤光谱仪记录Bragg衍射峰的位置(Bragg衍射光谱图显示的衍射峰强度均为相对值), 同时用数码相机拍摄相应的光学照片.1.5 MIPHs的响应速度和重复利用性将MIPHs浸入10-5 mol/L的L-Trp缓冲溶液中, 测定Bragg衍射峰位置随时间的变化, 即响应速度曲线. 然后将响应L-Trp的MIPHs浸于甲醇-乙酸溶液中2 min以除去吸附的L-Trp, 再用磷酸缓冲溶液洗涤, 其Bragg衍射峰位置即可恢复到初始水平531 nm, 证明L-Trp已经完全洗脱, MIPHs可用于下一轮测试.2.1 L-MIPHs的制备MIPHs的制备主要包括3个连续步骤(见Scheme 1): (1) 在“三明治”结构的胶体晶体间隙中填入分子印迹预聚物, 紫外光引发聚合; (2) 浸入去离子水中得到可从基底剥离的复合蛋白石膜; (3) 除去PS胶球及印迹分子制得MIPHs. MIPHs制备的关键之一是在前驱液中形成分子印迹预聚物. 本反应中功能单体丙烯酰胺与色氨酸之间通过氢键相互作用可形成稳定的复合物; 然后, 通过光聚合过程将印迹分子固定在水凝胶网络中, 待将其洗脱后即形成与模板分子在形状、尺寸及功能团上相匹配的特异性识别纳米空腔. 此外, 在“三明治”结构中发生的毛细诱导驱使的前驱液填充可以有效减少最后制得的反蛋白石结构的覆盖以及胶体微球的滑动, 有助于得到高度有序的、双连续结构(相互贯穿的孔结构和相互连续的聚合物凝胶)的反蛋白石凝胶光子晶体. 图1(A)和(B)分别为制得的PS胶体晶体和反蛋白石凝胶光子晶体的扫描电子显微镜(SEM)照片, 可见制得的MIPHs具有相互贯穿且高度有序的三维大孔结构.2.2 L-MIPHs的特异识别性图2示出了L-MIPHs[n(L-Trp)∶n(AM)∶n(BIS)=0.3∶20∶1.2]对模板分子的传感性能. 由图2(A)可见, L-MIPHs在不同浓度(0, 10-10, 10-9, 10-8, 10-7, 10-6 和10-5 mol/L)的L-Trp缓冲溶液中具有尖锐的布拉格(Bragg)衍射峰, 且随着L-Trp 浓度的增大, Bragg衍射峰位置发生红移, 最大红移达83 nm. 此外, 由图3可观察到MIPHs在不同浓度的L-Trp缓冲溶液中的颜色. 当将L-MIPHs浸入L-Trp缓冲溶液中时, L-Trp与L-MIPHs中的印迹空腔发生相互作用, 造成水凝胶溶胀, 使得光子晶体的晶格间距增大, 从而引起Bragg衍射峰位置的红移. NIPHs由于不具有印迹位点, 几乎不能吸附印迹分子, 因此响应性较差[图2(B)]. MIPHs这种肉眼可见的颜色变化为L-Trp的现场快速检测提供了可能.2.3 印迹分子用量对L-MIPHs特异识别性的影响由图4可见, 随着印迹分子用量的增加, MIPHs的Bragg衍射峰红移量增大. 这是由于随着前驱液中印迹分子浓度增大, 制得的L-MIPHs特异性纳米识别空腔增多, 将其置于印迹分子的缓冲溶液中时, 吸附的印迹分子的量增多, 导致水凝胶膜溶胀程度较大, 因此Bragg衍射峰红移量增大. 尽管印迹分子的用量对L-MIPHs的响应性有明显的影响, 但是由于Trp在水中溶解度的限制, 致使前驱液中印迹分子的用量并不能进一步增大.2.4 交联剂BIS用量对L-MIPHs特异识别性的影响水凝胶中交联剂用量的不同会影响水凝胶三维网络的交联密度, 从而导致水凝胶溶胀程度的不同, 因此交联剂的用量可能影响L-MIPHs的传感性能. 图5示出了交联剂用量对L-MIPHs的传感性能的影响. 当交联剂BIS与AM的摩尔比为4%时, Bragg衍射峰位置的最大红移量为40 nm; 当二者摩尔比为8%时, Bragg衍射峰红移32 nm; 当二者摩尔比为6%时, Bragg衍射峰位移最大为83 nm. 这是由于交联剂用量较少时, 水凝胶的交联密度不足以维持印迹位点的形状, 将其置于L-Trp 缓冲溶液中时吸附的印迹分子量相对较少, 从而导致水凝胶溶胀程度较小, 使得Bragg衍射峰位移较少. 这也说明MIPHs的溶胀是由于其吸附了印迹分子引起的. 而当交联剂用量较大时, 水凝胶交联密度过大, 造成印迹位点刚性较强, 使其不容易吸附印迹分子, 将交联剂用量不同的L-MIPHs置于相同浓度印迹分子缓冲溶液中时, 交联密度过大的L-MIPHs吸附的印迹分子相对较少, 因此其Bragg衍射峰位移量就相对较小.2.5 L-MIPHs的选择性图2和图3结果表明MIPHs可对印迹分子产生响应, 并伴有裸眼可见的颜色变化. 但是, 评价MIPHs的分子印迹效应还需检测其对结构类似物的选择性. 由图6可以看出, L-MIPHs在不同浓度的L-Tyr和L-Phe缓冲溶液中Bragg衍射峰位移较小, 说明L-MIPHs对印迹分子的结构类似物具有良好的选择性, 这是因为印迹空腔形状记忆效应导致其更容易吸附印迹分子而引起水凝胶膜溶胀程度较大, 而对其它2种结构类似物的吸附则较少. 但是, L-MIPHs对D-Trp缓冲溶液的传感性能与对L-Trp的响应性能差别不大[图6(C)], 说明制得的L-MIPHs尚不能很好地区分印迹分子的2种立体异构体. 有关构型异构体的识别有待进一步研究.2.6 L-MIPHs的响应速度和重复利用性L-MIPHs的三维有序大孔结构有利于传质过程, 使其可以快速产生响应. 图7(A)示出了L-MIPHs在L-Trp缓冲溶液中的响应速度. 可见, L-MIPHs的布拉格(Bragg)衍射峰在30 s时达到最大, 此后衍射峰不再随时间变化, 说明L-MIPHs在30 s时已经吸附饱和. 图7(B)示出了L-MIPHs循环使用5次后的响应结果, 可见制得的L-MIPHs具有良好的重复利用性. 此结果表明, 合适的交联可使制得的L-MIPHs具有良好的物理和化学稳定性.采用光引发聚合方法, 借助“三明治”结构制备了可与基底分离的分子印迹光子晶体水凝胶膜(MIPHs). 制备的MIPHs具有高选择性、快速响应及自表达的特点, 还具有优异的循环使用性能. MIPHs能选择性地识别L-Trp, 并将特异性的识别作用转换成可读的光学信号. 此外, 无需依赖任何基底的水凝胶膜在现场检测中应用更加方便.[1] Tao Y., Dai J., Kong Y., Sha Y., Anal. Chem., 2014, 86(5), 2633—2639[2] Raoof J. B., Ojani R., Karimi-Maleh H., Electroanalysis, 2008, 20(11), 1259—1262[3]Wang H., Zhou Y., Guo Y., Liu W., Dong C., Wu Y., Li S., Shuang S., Sensors a nd Actuators B: Chemical, 2012, 163(1), 171—178[4]Yamada K., Miyazaki T., Shibata T., Hara N., Tsuchiya M., J. Chromatogr. B, 2008, 867(1), 57—61[5]Ilisz I., Fodor G., Ivanyi R., Szente L., Toth G., Peter A., J. Chromatogr. B, 200 8, 875(1), 273—279[6] Reynolds D. M., Water Research, 2003, 37(13), 3055—3060[7] Tang X. F., Liu Y., Hou H. Q., You T. Y., Talanta, 2010, 80(5), 2182—2186[8]Shahrokhian S., Fotouhi L., Sensors and Actuators B: Chemical, 2007, 123(2) , 942—949[9]Zanini V. I. P., Gimenez R. E., Perez O. E. L., de Mishima B. A. L., Borsarelli C.D., Sensors and Actuators B: Chemical, 2015, 209(2015), 391—398[10] Haupt K., Mosbach K., Chem. Rev., 2000, 100(7), 2495—2504[11]Chen F. Q., Liu S. X., Fang Y., Wang Y. J., Zhang Z. Y., Jiang Y., Chem. J. Chin ese Universities, 2007, 28(11), 2195—2199(陈奋强, 刘守信, 房喻, 王艺娟, 张朝阳, 姜宇. 高等学校化学学报, 2007, 28(11), 2195—2199)[12]Gai Q. Q., Liu Q. Y., Li W. Y., He X. W., Chen L. X., Zhang Y. K., Chem. J. Chine se Universities, 2008, 29(1), 64—70(盖轻轻, 刘秋叶, 李文友, 何锡文, 陈朗星, 张玉奎. 高等学校化学学报, 2008, 29(1), 64—70)[13]Asher S. A., Holtz J., Liu L., Wu Z. J., J. Am. Chem. Soc., 1994, 116(11), 4997—4998[14]Wang J. Y., Hu Y. D., Deng R. H., Liang R. J., Li W. K., Liu S. Q., Zhu J. T., Lang muir, 2013, 29(28), 8825—8834[15]Shao M., Qiao X. G., Fu H. W., Li H. D., Zhao J. L., Li Y., Optics and Lasers in E ngineering, 2014, 52, 86—90[16]Tou Z. Q., Koh T. W., Chan C. C., Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 2 02, 185—193[17]Fenzl C., Genslein C., Zopfl A., Baeumner A. J., Hirsch T., J. Mater. Chem. B, 2 015, 3(10), 2089—2095[18]Hu X. B., An Q., Li G. T., Tao S. Y., Liu B., Angew. Chem. Int. 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MIPHs showed rapid r esponse property when immersed into L-Trp buffers. The Bragg diffraction peak of MIPHs redshifted 83 nm as the c oncentration of L-Trp increased from 10-10 mol/L to 10-5 mol/L, and the color changes could be visible by the naked eyes. Moreov er, MIPHs showed only a slight shift in the Bragg diffraction peak in solutio ns of L-Tyr or L-Phe, which indicated that MIPHs possessed a certain selectivity. High select ivety, rapid response and signal self-reporting of MIPHs might provide great convenience for the application in the real-world environments.Keywords“Sandwich” structure; Inverse opal; Photonic crystal; Molecularly imprinted; L-Tryptophan† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.5117 3072).【相关文献】1.3 色氨酸分子印迹光子晶体水凝胶膜(L-MIPHs)的制备将一定量的L-Trp, AM, BIS和DEAP溶于超纯水中, 制成前驱液, 通氮气10 min备用. 将石英玻璃片覆盖在胶体晶体表面, 将二者固定, 即得到“三明治”结构. 在“三明治”结构间隙中填充上述前驱液, 直至胶体晶体模板变为透明状态; 在冰浴中紫外光照射下光聚合2 h, 将聚合后的“三明治”结构浸入去离子水中, 使复合蛋白石膜自动脱落, 再将其置于二甲苯中24 h, 即得到反蛋白石凝胶光子晶体膜(MIPHs). 将MIPHs放入甲醇-乙酸(体积比9∶1)溶液中2 h以除去L-Trp分子, 即制得L-Trp分子印迹光子晶体水凝胶膜(L-MIPHs). Scheme 1示出了MIPHs的制备过程. 采用相同方法制得非印迹光子晶体水凝胶膜(NIPHs).。

L-Hyp印迹光子晶体传感器的构筑及识别性能研究L-Hyp印迹光子晶体传感器的构筑及识别性能研究近年来，光子晶体材料因其独特的光学性质和广泛的应用潜力，受到了科学家们的广泛关注。

其中，印迹光子晶体材料作为一种新型的传感器材料，具有高灵敏度、高选择性和高稳定性等优势，逐渐成为光子晶体研究的热点之一。

在这篇文章中，我们将重点关注L-Hyp印迹光子晶体传感器的构筑及其在识别性能方面的研究。

首先，我们需要构筑L-Hyp印迹光子晶体传感器。

L-Hyp （L-Hydroxyproline）是一种重要的氨基酸，广泛存在于生物体内。

L-Hyp印迹光子晶体传感器的构筑过程可以分为模板制备、印迹聚合物合成和光子晶体制备三个步骤。

模板制备是构筑L-Hyp印迹光子晶体传感器的第一步。

我们选择合适的模板分子和交联剂进行反应，通过交联反应形成不可溶的模板聚合物。

在这个过程中，需要调节反应条件和配比，以获得具有一定孔隙结构的模板聚合物。

接下来，我们合成印迹聚合物。

印迹聚合物是通过将活性单体与模板分子共聚形成的。

为了提高印迹聚合物的选择性和灵敏度，我们可以选择适当的功能单体，例如甲基丙烯酸甲酯（MMA）。

将活性单体与模板分子反应，可以形成具有模板分子空位的印迹聚合物。

最后，我们需要制备L-Hyp印迹光子晶体传感器。

将印迹聚合物溶液滴在玻璃基底上，利用自组装技术形成一定孔隙结构的光子晶体。

然后，通过溶胶凝胶法聚合，使光子晶体结构更加稳定。

最终，通过模板的去除，即可得到L-Hyp印迹光子晶体传感器。

接下来，我们将对L-Hyp印迹光子晶体传感器的识别性能进行研究。

通过光谱分析和吸附实验可以发现，L-Hyp印迹光子晶体传感器对L-Hyp具有高度选择性和灵敏度。

利用这一优势，我们可以通过检测样品中L-Hyp的浓度来评估传感器的性能。

实验结果表明，L-Hyp印迹光子晶体传感器在0.1 mM至10 mM的浓度范围内表现出良好的线性关系，并且检测的灵敏度高达0.001 mM。