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基于苯硼酸体系糖响应性光子晶体水凝胶的制备及性能研究

【摘要】:响应性光子晶体在物理化学传感、智能显示以及光学器件方向具有巨大的开发潜力,也是光子晶体开发研究的一个重要方向。糖响应性光子晶体水凝胶是光子晶体研究领域的一个主要研究方向,其在糖浓度检测、糖识别以及药物释放领域有着十分重要的开发前景与应用价值。但是糖响应光子晶体水凝胶也存在聚合速度慢、稳定性差、机械强度低、修饰方法单一等缺点。针对上述问题,本文选取超顺磁性磁性纳米粒子为有序组装基元,异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与丙烯酰胺化苯硼酸为凝胶骨架,制备响应性光子晶体水凝胶并研究其性能。论文主要工作如下:1.合成四种丙烯酰胺化苯硼酸类单体,将4种不同的苯硼酸类单体通过ATRP聚合接枝到金片表面,用AFM观测表面形貌,使用QCM-D研究其对于不同单糖的吸附作用。结果表明:对于三种不同单糖,聚合物均表现出良好的吸附性能,而且对于果糖的吸附效果最佳,葡萄糖其次,半乳糖最弱。对于不同单体,含有硫脲基团3-ATPBA与4-ATPBA的聚合物对于糖的吸附能力显著强于不含硫脲基团3-PBA与4-PBA的聚合物,这可能是由于硫脲基团与糖之间存在氢键作用,在苯硼酸与糖作用过程中起到了协同作用,增大了体系与糖的结合力。2.利用溶剂热法制备超顺磁性Fe_3O_4@PVP磁性纳米粒子团簇。以其为光子晶体的有序组装基元,采用原位催化聚合的方法,将丙烯酰胺化的苯硼酸功能单体与NIPAM共聚形成凝胶骨架,制备糖、温度多重响应性光子晶体水凝胶。对光子晶体水凝胶的温度响应性能研究表明:少量功能单体的加入对其温敏性影响不大,随着功能单体含量的增加,由于其空间位阻作用影响聚合物链段的柔性,光子晶体水凝胶温度响应性变差。对光子晶体水凝胶的糖响应性能研究表明:含有少量功能单体的光子晶体水凝胶与糖结合时,光子禁带偏移较小,随着功能单体含量的增加,水凝胶与果糖与半乳糖作用时发生溶胀,光子晶体衍射峰发生红移。而与葡萄糖作用时,则表现出特殊的收缩响应性,光子晶体衍射峰发生蓝移。含有不同的功能单体的水凝胶对于糖的响应也表现出差异性,含有硫脲基团的Poly(PNI-co-3-ATPBA)光子晶体水凝胶与糖作用时,衍射峰表现出更大的偏移。

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