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磁响应光子晶体(Magnetically Responsive Photonic Crystals,MRPCs)是以磁性胶体粒子作为磁组装构筑基元,依靠相邻粒子间的排斥力与磁吸引力之间的平衡构筑的周期性结构材料。将磁响应光子晶体和分子印迹技术相结合,制备得到磁性分子印迹光子晶体(Magnetically Molecularly Imprinted Photonic Crystals,MMIPCs)传感器,既具备分子印迹位点对目标分子的特异选择性,还拥有磁响应光子晶体快速、可逆、可控的磁响应,以及光子晶体光学信号自表达功能。本文采用细乳液双亲性无规共聚物自组装法,一步制备磁性胶体纳米粒子(Magnetic Colloidal Nanoparticles,MCNPs),依据空间位阻构筑MRPCs。在MCNPs的制备过程中引入了分子印迹技术,得到磁性分子印迹纳米粒子(Magnetic Molecularly Imprinted Nanoparticles,MMINPs),构筑双酚A、三聚氰胺MMIPCs传感器。论文的研究内容和结果如下:(1)采用细乳液双亲性无规共聚物自组装,一步法制备MCNPs,构筑MRPCs。将油酸修饰的Fe3O4纳米粒子(OA-Fe3O4 NPs)和非离子型双亲性无规共聚物聚苯乙烯-co-乙烯基吡咯烷酮(P(St-co-VP))分散在氯仿中作为油相,去离子水作为水相,经超声细乳化和溶剂挥发,得到MCNPs。P(St-co-VP)不仅作为细乳化的乳化剂,还作为磁纳米晶簇的包覆材料,磁纳米晶簇和无规共聚物包覆层自组装同步完成,无需聚合反应制备聚合物壳层,制备过程快速、简单、方便、易调控,制备条件温和。对MCNPs制备条件进行了优化,确定P(St-co-VP)中St:VP单体摩尔比为1:9,用量为10.0g/L,OA-Fe3O4用量为100 mg,超声细乳化作用时间2 min,得到稳定且单分散的MCNPs和结构色鲜亮的MRPCs。采用TEM、Zeta电位及纳米粒度分析、TG-DSC、VSM、XRD、XPS等手段对MCNPs进行表征。TEM显示,MCNPs呈规整球形形貌,测量粒径为104.6 nm(RSD=13.9%,n=100)。Zeta电位及纳米粒度仪测定MCNPs水分散液,表面电位为0 mV,表明非离子包覆材料杜绝了粒子表面电荷的存在,MCNPs磁组装MRPCs过程中不存在静电斥力;平均水合粒径为200.5 nm,比TEM测得的粒径大双倍,归因于粒子表面PVP分子链在水中的伸展。TG结果表明,MCNPs的磁性物质包覆率为76.15%。VSM分析得到饱和磁化强度高达52.60 emu/g,矫顽力和剩余磁化强度分别为33.95 Oe和3.95 emu/g,表明MCNPs是接近于超顺磁性的顺磁性材料。XRD证明OA-Fe3O4 NPs和MCNPs内核为Fe3O4的立方反式尖晶石结构。XPS验证了粒子表面的PVP与Fe3O4有配位作用,使得P(St-co-VP)牢固地包覆在MCNPs。通过调节外加磁场,MRPCs的反射波长可调范围为450 nm-750 nm,覆盖整个可见光谱区。且基于空间位阻效应的MRPCs,可以耐受0.10 mol/L的电解质和2.0-12.0的pH范围。反复洗涤10次后MRPCs结构色的不变,洗涤去除电解质后结构色可恢复,证明了MRPCs的稳定性和再生性。(2)采用细乳液双亲性无规共聚物自组装,非离子型双亲性无规共聚物P(St-co-VP)(1:9)兼细乳化体系的乳化剂、磁性纳米粒子的包覆材料、传感器的分子印迹材料三者于一体,一步法制备MMINPs,构筑MMIPCs传感器。选取双酚A(Bisphenol A,BPA)为模板分子,依据双酚A分子与无规共聚物的PVP的氢键作用,在无规共聚物自组装过程中加入BPA,P(St-co-VP)聚集体固定印迹位点,得到表面印迹的BPA-MMINPs,去除模板分子后构筑为BPA-MMIPCs传感器。在P(St-co-VP)自组装进程中,BPA模板分子的加入时间是影响印迹效果的重要参数。研究发现,BPA加入过早,印迹位点深埋于MCNPs,模板分子不易洗脱;BPA加入太晚,P(St-co-VP)自组装基本完成,印迹点少且不稳定。随着双酚A浓度从0.001 g/L增加到0.400 g/L,BPA-MMIPCs传感器的结构色从绿色红移到深红色,反射光谱波长从540 nm红移到了700 nm。双酚A浓度(C)和传感器响应的反射光谱波长(λ)的线性拟合方程为λ=52.34×logC+717.86(R~2=0.9966),可进行双酚A的定量检测,且BPA-MMIPCs传感器响应双酚A的检测限为0.001 g/L(S/N=3)。与磁性非印迹光子晶体传感器相比,BPA-MMIPCs传感器的印迹因子为4.29,对雌二醇、雌三醇和己烯雌酚的选择因子分别为18.00、6.30、5.25,表现出较高的选择性。传感器的响应平衡时间小于30秒。BPA-MMIPCs传感器进行响应/洗脱循环10次后,对BPA仍有着良好的识别能力,表明了BPA-MMIPCs传感器具有良好的稳定性和再生性。探讨了BPA-MMIPCs传感器的响应机制。此传感器应用于实际样品矿泉水、自来水、湖水和塑料瓶浸泡液的检测,仅湖水中检测到0.0241 mg/L的双酚A,样品回收率在84%-103%之间,RSD<5.6%,表明了该分析方法的可行性。(3)为了探讨MMIPCs的适用性,选取多作用位点的三聚氰胺(Melamine,MEL)为模板分子,采用细乳液双亲性无规共聚物自组装法制备三聚氰胺的磁性分子印迹纳米粒子(MEL-MMINPs),构筑三聚氰胺的磁性分子印迹光子晶体(MEL-MMIPCs)传感器,传感器的灵敏度得到进一步提高。随着三聚氰胺浓度从1.0×10-6 g/L增加至1.0 g/L,MEL-MMIPCs传感器的结构色从紫色红移到深红色,反射光谱波长从497 nm红移到709 nm,基本覆盖了整个可见光区。三聚氰胺的浓度(C)和传感器响应的反射光谱波长(λ)的线性拟合方程为λ=29.21×logC+709.83(R2=0.9995),可进行三聚氰胺的定量检测,且MEL-MMIPCs传感器对三聚氰胺的检测限为2.14×10-7 g/L(S/N=3)。与BPA-MMIPCs传感器相比,MEL-MMIPCs传感器线性范围更宽,检测更加灵敏。与磁性非印迹光子晶体相比,MEL-MMIPCs传感器的印迹因子为5.09,对类似物三聚氰酸和莠去津的选择因子分别为8.76、5.75,表现出了比双酚A传感器高的特异选择性。传感器的响应平衡时间也小于30秒。MEL-MMIPCs传感器进行响应/洗脱循环10次后,对MEL仍有着良好的识别能力,证明了MEL-MMIPCs传感器具有良好的稳定性和再生性。