醇類響應(yīng)纖維素光子晶體膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及將“綠色材料”纖維素和光子晶體技術(shù)結(jié)合起來，制備出一種新型的響應(yīng)光學(xué)材料，即纖維素光子晶體(CPCF)，并將其用于對醇類的檢測，屬于應(yīng)用化學(xué)及分析測試領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的凝膠材料，纖維素具有優(yōu)異的生物可降解性和良好的光學(xué)性能，是環(huán)境友好型的材料。并且本發(fā)明中的材料由于對乙醇有顏色變化的響應(yīng)，將來可以作為簡易式的非侵入式體內(nèi)酒量測定儀。
【專利說明】醇類響應(yīng)纖維素光子晶體膜的制備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將生物可降解的“綠色材料”纖維素和光子晶體技術(shù)結(jié)合起來，制備出一種新型的響應(yīng)光學(xué)材料，即纖維素光子晶體膜(CPCF)，并將其用于對醇類的檢測，屬于應(yīng)用化學(xué)及分析測試領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是具有不同折光指數(shù)的材料在空間按照一定的周期順序排列所形成的有序結(jié)構(gòu)材料，運(yùn)用垂直沉降自組裝的方法可以制備具有蛋白石結(jié)構(gòu)的三維光子晶體。光子晶體的有序結(jié)構(gòu)對光的衍射符合布拉格衍射定律，并且當(dāng)其晶格參數(shù)處于特定范圍時，衍射出的結(jié)構(gòu)色處于可見光范圍，能夠被人眼識別。目前，已經(jīng)有大量的研究將光子晶體的結(jié)構(gòu)包埋在凝膠中制備出對外界刺激如重金屬離子、葡萄糖、內(nèi)分泌干擾物等有響應(yīng)的光學(xué)傳感器，并且其中的一些響應(yīng)材料能夠呈現(xiàn)明顯的顏色變化，為將來的裸眼檢測奠定基礎(chǔ)。
[0003]作為經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展的副產(chǎn)物，揮發(fā)性有機(jī)化合物成為一種新的嚴(yán)重影響人類健康的環(huán)境污染物，而醇類作為其中最重要的工業(yè)溶劑，廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中。研究結(jié)果表明，長時間與醇類的接觸，會使人類產(chǎn)生頭暈、惡心、呼吸困難等癥狀，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致癌癥。而目前現(xiàn)有的檢測技術(shù)，如氣相-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)操作復(fù)雜、耗時，而且需要專業(yè)人士操作。因此，制備出一種對醇類有響應(yīng)的、易于操作且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的材料刻不容緩。
[0004]本發(fā)明將纖維素與光子晶體結(jié)合起來，制備出一種對醇類有響應(yīng)的傳感材料。相比于傳統(tǒng)的凝膠材料，纖維素具有優(yōu)異的生物降解性和良好的光學(xué)性能，是環(huán)境友好型的材料。并且本發(fā)明中的材料由于對乙醇有顏色變化的響應(yīng)，將來可以作為簡易式的非侵入式體內(nèi)酒量測定儀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是制備一種對醇類有響應(yīng)的纖維素光子晶體膜(CPCF)，以解決傳統(tǒng)方法中成本高、操作復(fù)雜等問題。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]用垂直自組裝的方法將單分散的膠體小球在蓋玻片上自組裝成三維有序的光子晶體陣列。然后將纖維素溶液滴加在光子晶體陣列上，通過滲透作用將陣列中小球之間的間隙填滿，再置于生物培養(yǎng)箱中加熱3h，制得纖維素光子晶體膜(CPCF)。
[0008]將CPCF分別置于乙醇、正丙醇、異丙醇和正丁醇的液體、飽和蒸汽及不同濃度的低濃度氣氛中，平衡后對CPCF的反射位移進(jìn)行光學(xué)檢測。發(fā)現(xiàn)CPCF的結(jié)構(gòu)色在引入醇類后由藍(lán)色變?yōu)榫G色，對于不同的醇類溶劑和氣氛，反射峰的紅移量不同，并且對于低濃度醇類氣氛，隨著氣氛濃度的增大，紅移量增大。描繪出紅移量與醇類氣氛濃度曲線，可以用于定量檢測不同濃度的醇類氣氛。
[0009]其中將纖維素與光子晶體技術(shù)相結(jié)合，制備出具有優(yōu)異光學(xué)性能的生物友好型材料；
[0010]其中聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、聚苯乙烯膠體小球的粒徑為180-230nm ；
[0011]其中甲基纖維素、醋酸纖維素、乙基纖維素的溶液濃度為3-5% ；
[0012]其中熱聚溫度為45_70°C。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0014]實(shí)施例1
[0015]將制備出的纖維素光子晶體膜(CPCF)裁剪成大小為7mmX 7mm后，用光纖光譜儀測量它的反射波長。之后將其分別浸于乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇這四種溶劑中，待平衡后，測量其反射波長的紅移量。分析結(jié)果表明，此纖維素光子晶體膜對這四種溶劑的光學(xué)響應(yīng)量不同，并且它的結(jié)構(gòu)色發(fā)生明顯變化。
[0016]實(shí)施例2
[0017]將制備出的纖維素光子晶體膜(CPCF)裁剪成大小為7mmX 7mm后，用光纖光譜儀記錄它的反射波長。將其貼在稱量瓶瓶蓋的內(nèi)壁上，并在稱量瓶內(nèi)分別滴入乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇后，密封。待瓶內(nèi)平衡到這四種溶劑的飽和蒸汽后，測量材料的反射峰位置。分析結(jié)果表明，此纖維素光子晶體膜在吸附溶劑的蒸汽后，展示出不同的光學(xué)響應(yīng)。
[0018]實(shí)施例3
[0019]將制備出的纖維素光子晶體膜(CPCF)裁剪成大小為7mmX 7mm后，用光纖光譜儀記錄它的反射波長。將其放于0.5L的氣袋內(nèi)，并通入0.4L的氮?dú)?，然后將乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇分別通過進(jìn)樣針注入到氣袋內(nèi)氣化。溶劑氣氛的濃度通過改變?nèi)軇┑倪M(jìn)樣量來控制。分析結(jié)果表明，此纖維素光子晶體膜對低濃度的醇類氣氛有響應(yīng)，并且有顏色的變化。
【權(quán)利要求】
1.醇類響應(yīng)纖維素光子晶體膜(CPCF)的制備和使用，步驟如下: 用垂直自組裝的方法將單分散的膠體小球在蓋玻片上自組裝成三維有序的光子晶體陣列。然后將纖維素溶液滴加在光子晶體陣列上，通過滲透作用將陣列中小球之間的間隙填滿，再置于生物培養(yǎng)箱中加熱3h，制得纖維素光子晶體膜(CPCF)。 將CPCF分別置于乙醇、正丙醇、異丙醇和正丁醇的液體、飽和蒸汽及不同濃度的低濃度氣氛中，平衡后對CPCF的反射位移進(jìn)行光學(xué)檢測。發(fā)現(xiàn)CPCF的結(jié)構(gòu)色在引入醇類后由藍(lán)色變?yōu)榫G色，對于不同的醇類溶劑和氣氛，反射峰的紅移量不同，并且對于低濃度醇類氣氛，隨著氣氛濃度的增大，紅移量增大。描繪出紅移量與醇類氣氛濃度曲線，可以用于定量檢測不同濃度的醇類氣氛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1步驟所述方法，其特征在于: (1)將纖維素與光子晶體技術(shù)相結(jié)合，制備出具有優(yōu)異光學(xué)性能的生物友好型材料； (2)聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、聚苯乙烯膠體小球的粒徑為180-230nm; (3)甲基纖維素、醋酸纖維素、乙基纖維素的溶液濃度為3-5%； (4)熱聚溫度為45-70°C。
【文檔編號】G01N21/25GK104198401SQ201410470038
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】孟子暉, 王豐彥, 薛敏, 薛飛, 蘆薇, 陳偉 申請人:北京理工大學(xué)