第二代聚合胶态晶体阵列传感器的研究

本项目提出了一种新的聚合胶态晶体阵列（PCCA）传感方法。第一代PCCA传感器由能对被分析对象作出响应的水凝胶基质以及包埋其中的胶态晶体阵列（CCA）组成。CCA小球不对被分析对象作出响应。相反，在我们提出的第二代PCCA传感器中，对被分析对象作出响应的是组成CCA的微凝胶小球，而水凝胶基质不对被分析对象作出响应。第一代PCCA传感器检测布拉格衍射峰位置的移动，而本项目提出的第二代PCCA传感器检测布拉格衍射峰强度的变化。相对波长的测量，光强的检测更简单、便宜。由于微凝胶的溶胀速度大于大块凝胶，第二代PCCA传感器可能有更快的响应速度。

本项目以具有快的响应速度的微凝胶为基础设计制备新型可快速响应的水凝胶化学/生物传感器。详细研究了葡萄糖所致的P（NIPAM-AAPBA）微凝胶的溶胀动力学，发现葡萄糖与苯硼酸基团的反应是溶胀的决速步，这是文献中首次对化学刺激所致的微凝胶溶胀动力学进行研究，结果显示微凝胶的溶胀速度大大快于宏观凝胶，为其在化学/生物传感领域的应用奠定了基础。利用聚合胶态晶体阵列水凝胶膜的布拉格衍射峰研究了聚合胶态晶体阵列膜中水凝胶基质与微凝胶的相互作用，发现水凝胶基质可极大限制微凝胶的溶胀，并首次发现，微凝胶反过来也能影响水凝胶基质的溶胀。利用新的聚合胶态晶体阵列传感机理设计制备了多种新型聚合胶态晶体阵列传感器， 包括铅离子、酸度及肌酐传感器。设计制备了可用于温度及葡萄糖比色分析的新型金纳米棒/P（NIPAM-AAPBA）杂化微凝胶，温度改变所致的等离子共振峰的红移达175nm，是文献报道中最大的红移。设计制备了以PNIPAM微凝胶为结构单元的具有高度规整结构的胶态晶体膜，该膜对温度和盐浓度具有双重响应性，在温度或盐浓度改变的条件下，其布拉格反射峰位置发生改变，相应地，膜的颜色也发生改变。