CN111501122B - 一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用。本发明公开了一种发光水凝胶纤维的制备方法，该制备方法中将发光材料、引发剂和丙烯酰胺溶液同时混合，使得发光材料在聚丙烯酰胺中分散均匀，且制备方法简单，操作方便。当含发光材料的聚丙烯酰胺溶液为至少两份时，制得的发光水凝胶纤维为分段式发光水凝胶纤维，由于在分段式发光水凝胶纤维的制备过程中，将前一份聚丙烯酰胺溶液凝固后再注入下一份聚丙烯酰胺溶液，使得相邻发光水凝胶纤维分段明显，无过干扰过渡段。

Description

一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用。
背景技术
水凝胶是一种由亲水性聚合物在水中发生化学交联或物理交联后形成的具有三维网络结构的高分子软材料。它能被应用到很多领域，比如组织工程、药物释控、物质分离、机械器件等。在水凝胶的研究制备中，实现水凝胶功能化一直以来都是水凝胶领域的热门研究课题。研究者们常以水凝胶作为基质，载以检测物质，使其能特异性检测出环境中的某些物质或者变化。在检测过程中，有相当一部分的误差是来源于环境的影响。水凝胶可以对环境因素例如温度、pH值、湿度等信号做出响应，环境因素改变时，水凝胶的体积、形状等随之变化，这些变化会影响水凝胶内信号的准确输送。
目前，具有良好的生物相容性和力学性能发光聚丙烯酰胺水凝胶在传感检测方面具有很大的前景，但现有的发光聚丙烯酰胺的制备是将染料滴入聚丙烯酰胺水凝胶中，这样会使得发光聚丙烯酰胺水凝胶中的发光材料分布不均，导致检测出现误差。
发明内容
本发明提供了一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用，解决了现有的发光聚丙烯酰胺水凝胶的制备是将染料滴入聚丙烯酰胺水凝胶中，这样会使得发光聚丙烯酰胺水凝胶中的发光材料分布不均，导致检测出现误差的问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种发光水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：
将至少一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液依次注入毛细玻璃管中，得到发光水凝胶纤维；
当所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液的种类为至少两份时，需待前一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液变成凝胶状态，再向所述毛细胞玻璃管中注入一下份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液；
每份所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液的制备方法为：将引发剂和所述发光材料溶于丙烯酰胺溶液中，得到聚丙烯酰胺溶液。
本发明将发光材料、引发剂和丙烯酰胺溶液同时混合，使得发光材料在聚丙烯酰胺中分散均匀，且制备方法简单，操作方便。当含发光材料的聚丙烯酰胺溶液为至少两份时，制得的发光水凝胶纤维为分段式发光水凝胶纤维，由于在分段式发光水凝胶纤维的制备过程中，将前一份聚丙烯酰胺溶液凝固后再注入下一份聚丙烯酰胺溶液，使得相邻发光水凝胶纤维分段明显，无过干扰过渡段。
本发明中，所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液优选为2～6份，也即为2～6段发光水凝胶纤维。
本发明中，所述引发剂优选为过硫酸铵。
本发明中，相邻所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液中的发光材料不同。
优选地，所述发光材料选自罗丹明6G、荧光素、8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠、苯酚红、花菁染料Cy3或花菁染料Cy5。本发明中发光材料优选为荧光材料，可以发出荧光。
本发明中，每份所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液中所述引发剂、所述发光材料与所述丙烯酰胺的质量比为(0.019：0.001：1)～(0.021：0.001：1)，优选为0.02：0.001：1。
本发明中，所述含发光材料的丙烯酸胺溶液中丙烯酸胺浓度为1g/ml。
本发明中，所述含发光材料的聚丙烯酰胺通过静置变成凝胶状态；
所述静置的时间为3～5min，优选为3min。
本发明中，所有的含发光材料的聚丙烯酰胺静置完成后，优选旋转24h，使水凝胶完全聚合，更好观察。
本发明还提供了上述制备方法制得的发光水凝胶纤维。
本发明中，当所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液为一份时，发光水凝胶纤维为一段，当所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液为多份，且相邻发光水凝胶纤维中的发光材料不同时，发光水凝胶纤维为多段。通过外界物质激发后，多段发光水凝胶纤维呈现不同的发光颜色，且肉眼可见分段明显，无过渡干扰段。而现有技术中通过将荧光材料直接滴入聚丙烯酰胺的方法得到的发光水凝胶纤维由于荧光材料分布不匀且分段不明显，因而在外界激光辐照下会产生过渡干扰段，影响检测结果。
本发明中，当发光水凝胶纤维为多段时，每段发光水凝胶纤维的长度可以相同也可以不同，每段发光水凝胶纤维的长度根据具体需求进行调整，本发明对每段发光水凝胶纤维的长度不做具体限定。
分段式发光水凝胶纤维抗干扰能力强，对恶劣环境的适应性强，很大程度上解决水凝胶作为检测基质时检测环境造成的误差。因此，本发明还提供了上述发光水凝胶纤维在传感器中的应用。
本发明中，传感器中包含发光材料和检测物质，通过外界物质激发后发光材料发光，检测物质在环境中检测到待检测物质后会发生相应的变化，采用检测前同样的外界物界物质进行激发，发光材料的光发生改变，发光材料光的改变间接反应了被检测物质的情况。所述外界物质为波长为365nm～524nm的激光光源。
一段式发光水凝胶的发光易受环境影响，分段式发光水凝胶以各段发光的比值作为检测结果，将误差去除，大大提高传感检测精确度。
例如：检测葡萄糖的传感器，检测物质为苯硼酸，被检测物质为葡萄糖。第一段发光水凝胶中苯硼酸和荧光染料NPBI1放一起，染料受到苯硼酸影响，荧光强度会很强。苯硼酸接触到葡萄糖后，会和葡萄糖发生反应，致使苯硼酸减少，从而导致染料荧光会减弱。第二段发光水凝胶将荧光染料NPBI1换成其他荧光染料，该染料在苯硼酸接触葡萄糖前后荧光基本无变化。不可控因素会造成荧光值出现误差，两段检测后的荧光值相比，可以将荧光误差去除。本发明提供的传感器的检测方法为现有技术，此处不做赘述。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种发光水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：将至少一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液依次注入毛细玻璃管中，得到发光水凝胶纤维；当含发光材料的聚丙烯酰胺溶液的种类为至少两份时，需待前一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液变成凝胶状态，再向毛细胞玻璃管中注入一下份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液。含发光材料的聚丙烯酰胺溶液的制备方法为：将引发剂和发光材料溶于丙烯酰胺溶液中，得到聚丙烯酰胺溶液。
本发明将发光材料、引发剂和丙烯酰胺溶液同时混合，使得发光材料在聚丙烯酰胺中分散均匀，且制备方法简单，操作方便。当含发光材料的聚丙烯酰胺溶液为至少两份时，制得的发光水凝胶纤维为分段式发光水凝胶纤维，由于在分段式发光水凝胶纤维的制备过程中，将前一份聚丙烯酰胺溶液凝固后再注入下一份聚丙烯酰胺溶液，使得相邻发光水凝胶纤维分段明显，无过干扰过渡段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1提供的聚丙烯酰胺水凝胶纤维的实物图；
图2为本发明实施例1提供的聚丙烯酰胺水凝胶纤维的拉伸图；
图3为本发明实施例2提供的分段发光水凝胶纤维的制备流程图；
图4为本发明实施例2提供的分段发光水凝胶纤维的实物图；
图5为本发明实施例2提供的分段发光水凝胶纤维在激光辐照下的实物图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种发光水凝胶纤维及其制备方法与应用，解决了现有的发光聚丙烯酰胺水凝胶的制备是将染料滴入聚丙烯酰胺水凝胶中，这样会使得发光聚丙烯酰胺水凝胶中的发光材料分布不均，导致检测出现误差的问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为聚丙烯酰胺水凝胶纤维的制备
3g的丙烯酰胺溶解于3ml的去离子水，再加入0.06g的过硫酸铵配置成混合溶液，搅拌均匀后通过注射器吸取些量溶液，缓慢注入玻璃毛细管中，放置一天，溶液完全变成凝胶状态，取出得到聚丙烯酰胺水凝胶纤维。
如图1和图2所示，剪取1cm的聚丙烯酰胺水凝胶纤维，用夹子夹取纤维两端进行拉伸，最大可拉伸至8cm。
实施例2
本实施例为分段发光水凝胶纤维的制备，具体制备步骤如图3所示。
取3g的丙烯酰胺溶解于3ml的去离子水，再加入0.06g的过硫酸铵和0.003g的荧光素染料配置成混合溶液，搅拌均匀后通过注射器拾取些量溶液，从玻璃毛细管的一段缓慢注入，放置3分钟，毛细管中溶液变成凝胶状态；3g的丙烯酰胺溶解于3ml的去离子水，再加入0.06g的过硫酸铵和0.003g的罗丹明6G染料配置成混合溶液，搅拌均匀后通过注射器拾取些量溶液，从玻璃毛细管的另一段由里到外缓慢注满余下整个毛细管，放置一天，取出得到分段发光水凝胶纤维。
如图4所示，分段发光水凝胶纤维肉眼可见分段明显，染料分布均匀。
如图5所示，将波长为365nm的激光整个辐照到分段水凝胶纤维上，分段纤维的左端发出荧光素绿色的荧光，分段纤维的右端发出罗丹明6G红色荧光。在纤维分段的部位，基本无过渡干扰段，且荧光分布均匀。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.发光水凝胶纤维在传感器中的应用，其特征在于，所述传感器包括发光材料和检测物质，所述发光材料为发光水凝胶纤维；
所述发光水凝胶纤维的制备方法包括以下步骤：
制备含发光材料的聚丙烯酰胺溶液：将引发剂和发光材料溶于丙烯酰胺溶液中，得到含发光材料的聚丙烯酰胺溶液；
制备两份所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液；
每份所述含发光材料的聚丙烯酰胺溶液中的发光材料不同；
其中，一份所述发光材料为罗丹明6G，另一份所述发光材料为荧光素染料；
将一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液注入毛细玻璃管中，静置3min变成凝胶状态，再向所述毛细玻璃管中注入下一份含发光材料的聚丙烯酰胺溶液，放置一天，取出得到分段发光水凝胶纤维。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述引发剂、所述发光材料与所述丙烯酰胺的质量比为（0.019：0.001：1）~（0.021：0.001：1）。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述丙烯酰胺 溶液的浓度为1g/mL 。
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