反蛋白石光子晶体凝胶的pH响应

doi:10.7503/cjcu20140456

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (11): 2297.doi: 10.7503/cjcu20140456

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反蛋白石光子晶体凝胶的pH响应

王秋鸿, 薛敏(), 王丰彦, 阎泽群, 薛飞, 陈伟, 齐丰莲, 孟子晖(), 徐志斌

北京理工大学化工与环境学院, 北京 100081

收稿日期:2014-05-14 出版日期:2014-11-10 发布日期:2014-10-21
作者简介:联系人简介: 薛敏, 女, 博士, 讲师, 主要从事光子晶体和色谱分析研究. E-mail:minxue@bit.edu.cn;孟子晖, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事光子晶体研究. E-mail:m_zihui@yahoo.com
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21375009)和国家“九七三”计划项目(批准号: 2012CB910603)资助

pH Response of Inverse Opal Photonic Crystal Gel^†

WANG Qiuhong, XUE Min^*(), WANG Fengyan, YAN Zequn, XUE Fei, CHEN Wei, QI Fenglian, MENG Zihui^*(), XU Zhibin

School of Chemical Engineering & the Environment, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China

Received:2014-05-14 Online:2014-11-10 Published:2014-10-21
Contact: XUE Min,MENG Zihui E-mail:minxue@bit.edu.cn;m_zihui@yahoo.com
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21375009)and the National Basic Research Program of China(No.2012CB910603)

摘要/Abstract

摘要：

首先采用Stöber方法制备了一系列亚微米级单分散二氧化硅小球, 而后通过垂直沉降自组装方法制备了颜色鲜艳的二氧化硅三维有序结构胶体晶体模板, 最后再采用模板聚合法在220 nm二氧化硅小球自组装的阵列间隙中共聚甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯, 经氢氟酸刻蚀二氧化硅模板后得到多孔有序的反蛋白石光子晶体. 当pH值从5升至8时, 反蛋白石凝胶光子晶体的反射峰波长从514 nm移动至590 nm, 颜色变化显著, 从蓝绿色变成红色, 突变点为pH=6.5, 而且pH响应在100 s左右即可达到平衡. 对交联剂用量的研究结果表明, 随着交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯用量从4%增加到16%, 光子晶体响应pH时的红移量减小.

关键词: 智能水凝胶, 光子晶体, 反蛋白石, 化学传感器

Abstract:

In this paper, we focus in the pH response of inverse opal photonic crystal gel. First, a series of monodispersed submicrometer silicon particles was prepared by Stöber method. Then, these particles were self-assembled into three dimensional(3D) ordered colloidal crystal film in vivid color using vertical deposition method. Sequentially, methacrylic acid(MAA) and ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA) were copolymerized in the interspace of the silica 3D photonic crystal template. After the silica particles were etched by HF, 3D inverse opal photonic crystal hydrogels with highly ordered interconnected pores were obtained. The resultant inverse opal hydrogel shifted the reflection from 514 nm to 590 nm as pH value increased from 5 to 8. The structural color changed from blue-green to red within an equilibrium time of less than 2 min.

Key words: Intelligent hydrogel, Photonic crystal, Inverse opal, Chemical sensor

中图分类号:

O613.7

TrendMD:

王秋鸿, 薛敏, 王丰彦, 阎泽群, 薛飞, 陈伟, 齐丰莲, 孟子晖, 徐志斌. 反蛋白石光子晶体凝胶的pH响应. 高等学校化学学报, 2014, 35(11): 2297.

WANG Qiuhong, XUE Min, WANG Fengyan, YAN Zequn, XUE Fei, CHEN Wei, QI Fenglian, MENG Zihui, XU Zhibin. pH Response of Inverse Opal Photonic Crystal Gel^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(11): 2297.

图/表 6

Scheme 1 Synthetic process of the photonic crystal (A) Silica particles array as opal photonic crystal on glass slide; (B) pre-polymer solution permeation through the opal photonic crystal pores; (C) hydrogel formation by photopolymerization; (D) inverse opal photonic crystal formation with HF etching; (E) SEM image of the inverse opal photonic crystal; (F) corresponding spectrogram and image of photonic crystal sample.

Fig.1 Photograph(A), SEM image(B) and spectrogram(C) of silica opal photonic crystal

Fig.2 Photograph(A), SEM image(B) and spectrogram(C) of inverse opal photonic crystal sample

Fig.3 Change of λmax of inverse opal photonic crystal in response to different pH value(A) and corresponding spectrogram and structure color of the inverse opal photonic crystal samples with different pH values(B)

Fig.4 Kinetic curves of inverse opal photonic crystal sample while pH value increase or decrease(A) and λmax cyclical changes schematic when recycling in phosphate(pH=5—7)(B)

Fig.5 Effects of the amount of crosslinking agent on swelling ratio Molar ratio of crosslinking agent to monomer: a. 4%;b. 8%; c. 12%; d. 16%.

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