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聚苯乙烯(PS)微球阵列是二维(2D)阵列/水凝胶复合传感薄膜所常用的2D阵列。但是由于PS微球阵列光学响应信号较弱,导致2D PS微球阵列/水凝胶膜衍射光谱测量需借助高反射镜,使其作为可视化传感器的实际应用受到了极大限制。本论文发展了水凝胶膜双面负载2D PS微球阵列、水凝胶膜负载2D PS微球-Au壳阵列和水凝胶膜负载2D Au纳米球阵列的制备方法,旨在提高2D阵列／水凝胶膜复合物的衍射光强度,促进其作为可视化传感器的实际应用。本论文的主要工作如下：(1)利用一种简单的方法制备了用于pH可视化探测的双面负载2D PS微球阵列的壳聚糖(CS)水凝胶薄膜。与单面负载2D PS微球阵列的CS水凝胶膜相比,双面负载2D PS微球阵列的水凝胶膜具有较强的衍射光强度；同时,由于平衡了水凝胶膜双面的应力,克服了单面负载2D PS微球阵列CS水凝胶膜的卷曲问题。上述优势使双面负载2D PS微球阵列的水凝胶薄膜更适合作为可视化传感器。(2)通过在2D PS微球阵列上沉积Au膜得到2D PS微球-Au壳阵列,之后将其嵌入到聚丙烯酸(PAAc)水凝胶膜表面,制备了自支撑的2D PS微球-Au壳阵列/PAAc水凝胶膜复合物。与传统的2D PS微球阵列/PAAc水凝胶膜复合物相比,2D PS微球-Au壳阵列/PAAc水凝胶膜复合物在透明基底上具有明显的衍射信号,衍射光强度约是传统的2D PS微球阵列/PAAc水凝胶膜复合物衍射强度的30倍。(3)采用2D Au纳米球阵列代替2D PS微球阵列,制备了2D Au纳米球阵列/PAAc水凝胶膜复合物,并将其作为pH可视化传感器。由于Au纳米球大的散射截面及其阵列的周期性,2D Au纳米球阵列/PAAc水凝胶膜复合物显示出绚丽的颜色以及超强的衍射信号,在石英基质上的衍射光强度是2D PS微球阵列/PAAc水凝胶膜复合物在高反射铝镜上衍射强度的88倍,解决了传统2D PS微球阵列用作可视化传感器需要借助高反射镜的问题。超高衍射光强度使2D Au纳米球阵列/PAAc水凝胶膜复合物在可视化传感领域具有较高的应用价值。此外,此制备方法具有普适性,将2D Au纳米球阵列负载于经不同识别剂修饰的水凝胶膜,可实现不同目标物质的可视化探测。(4)制备了对葡萄糖、HF酸敏感的2D Au纳米球阵列/聚(丙烯酰胺-co-3-丙烯酰胺基苯硼酸)(P(AAm-co-PBA))水凝胶膜复合物,通过衍射波长的偏移和宏观颜色的变化实现了葡萄糖、HF酸的可视化探测。在葡萄糖的探测过程中,通过聚乙烯醇(PVA)作为体积缓释剂对P(AAm-co-PBA)水凝胶膜进行二次交联,解决了在高离子强度(150 mM)下,随葡萄糖浓度增加,衍射峰先蓝移后红移的问题。首次发现了P(AAm-co-PBA)对HF酸具有敏感性,实现了HF酸的可视化探测。HF酸浓度从0mM增加到7.0 mM,宏观颜色从蓝色向红色转变；HF酸浓度从0 mM增加到56.3 mM,衍射峰从481 nm红移至921 nm(红移约440 nm)。对全文进行总结,概括了本文的内容以及创新点,并对下一步工作进行了展望。