高灵敏比色检测Cu2+的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜

doi:10.7503/cjcu20170519

高等学校化学学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (11): 1993.doi: 10.7503/cjcu20170519

高灵敏比色检测Cu²⁺的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜

刘士荣(), 秦立彦, 张晓栋, 陈明清

江南大学化学与材料工程学院, 合成与生物胶体教育部重点实验室, 无锡 214122

收稿日期:2017-07-31 出版日期:2017-11-10 发布日期:2017-10-30
作者简介:联系人简介: 刘士荣, 男, 副教授, 主要从事功能材料研究. E-mail: liushirong1@aliyun.com
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21571084)资助

Highly Sensitive Colorimetric Sensing for Cu²⁺ by Inverse Opals of Photonic Crystal Hydrogels^†

LIU Shirong^*(), QIN Liyan, ZHANG Xiaodong, CHEN Mingqing

Key Laboratory of Synthetic and Biological Colloids, Ministry of Education,School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

Received:2017-07-31 Online:2017-11-10 Published:2017-10-30
Contact: LIU Shirong E-mail:liushirong1@aliyun.com
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21571084)

摘要/Abstract

摘要：

以丙烯酰胺(AM)和N-乙烯基咪唑(NVI)为双功能单体, 借助“三明治”结构有效控制前驱液的填充, 制备了可特异性识别Cu²⁺的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜(PCHs). 该PCHs具有相互贯通的三维有序大孔结构, 可在Cu²⁺缓冲溶液中快速响应, 产生特征的布拉格(Bragg)衍射峰. 随着Cu²⁺浓度的增大(0~10^-4 mol/L), PCHs的Bragg衍射峰位移66 nm, 并伴随着明显的颜色变化(由棕红色逐渐变为黄绿色). 此外, PCHs在混合金属盐溶液中仍能实现对Cu²⁺的特异性识别. PCHs对Cu²⁺的特异识别性、快速响应及自表达的特点为Cu²⁺现场快速检测提供了可能.

关键词: “三明治”结构, 反蛋白石, 光子晶体, 水凝胶, Cu²⁺检测

Abstract:

Inverse opals of photonic crystal hydrogels(PCHs) composed of acrylamide(AM) and N-vinyl imidazole(NVI) copolymers were fabricated for the specific detection of Cu²⁺. A “sandwich” structure was used to control the precursor infiltration in order to endow PCHs with highly ordered three-dimensional interconnected macroporous structure. The acquired PCHs produced the characteristic Bragg diffraction peak when immersed into Cu²⁺ buffers, and exhibited a rapid response. With the increase of concentration of Cu²⁺ from 0 mol/L to 10^-4 mol/L, Bragg diffraction peak of PCHs blueshifted 66 nm and the color change was visible to the naked eyes(from brown to kelly green). Furthermore, PCHs exhibited efficient recognition to Cu²⁺ in the multicomponent metal ion solution. Such a specific recognition, rapid response and signal self-reporting of PCHs to Cu²⁺ provide great potential for the real-time monitor of Cu²⁺.

Key words: “Sandwich”, structure, Inverse opals, Photonic crystals, Hydrogels, Detection of Cu²⁺

中图分类号:

O648.1

TrendMD:

刘士荣, 秦立彦, 张晓栋, 陈明清. 高灵敏比色检测Cu²⁺的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜. 高等学校化学学报, 2017, 38(11): 1993.

LIU Shirong, QIN Liyan, ZHANG Xiaodong, CHEN Mingqing. Highly Sensitive Colorimetric Sensing for Cu²⁺ by Inverse Opals of Photonic Crystal Hydrogels^†. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(11): 1993.

图/表 6

Fig.1 Schematic illustration of the procedure for the preparation of PCHs

Fig.2 SEM images of PS colloidal crystals(A), opals of PCHs(B), inverse opals of PCHs(C) and photograph of inverse opals of PCHs(D)

Fig.3 Reflection spectra of PCHs upon soaking in Cu2+ buffers(A), the linear relationship between the Bragg diffraction peak shift values(Δλ) and logarithm of Cu2+ concentration(lgcCu2+)(B), the corresponding photographs of PCHs(C) and sensing mechanism of PCHs to Cu2+(D)

Fig.4 Reflection spectra(A) and corresponding diffraction peak shift values(Δλ) of PCHs in 10-4 mol/L Cu2+ solution with different pH(B)

Fig.5 Selectivity of PCHs for different metal ions(A) and the changes of Bragg diffraction peak position upon soaking in multicomponent metal ion solution(B)

Fig.6 Kinetic response(A) and recoverability(B) of the PCHs

参考文献 24

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高灵敏比色检测Cu²⁺的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜

Highly Sensitive Colorimetric Sensing for Cu²⁺ by Inverse Opals of Photonic Crystal Hydrogels^†

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