[发明专利]具有蝴蝶翅膀光子晶体结构导电聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种生物传感技术领域的方法，具体是一种具有蝴蝶翅膀光子晶体结构导电聚合物的制备方法。

背景技术

生物精细结构的仿生构筑，不仅能将生物体的多维、多结构和多组分的分级精细结构与功能材料的光、电、磁等性能相结合，更重要的是通过生物体所具有的非人工所能合成的特殊结构和功能材料的耦合效应，能够得到性能大幅度提高的新型结构材料。蝴蝶翅膀正是这样一种利用其自身分级精细结构实现各种优异性能的典型实例。蝶翅有着生物结构中可以说是最精巧、最复杂的微观结构，这些以甲壳素为主要成分的蝶翅结构不仅具有所适配的机械强度及自清洁的表面性质，同时形成蝶翅的甲壳素薄膜与填充期间的空气具有不同的折射率，对入射的光线产生散射、干涉、衍射乃至光子晶体等光学作用，使得蝶翅能够呈现出不同的颜色，满足其求偶捕食等生存需要。除了颜色的变化，某些蝶翅鳞片还具有特殊的捕捉光的能力。蝶翅以简单的组分，复杂多变的分级结构实现了其赖以生存的各种功能，而这些复杂分级结构目前是人类无法精确制备和实现的。这些结构不仅对蝴蝶本身有着重要的生物意义，更给了材料研究很多新的启发与指导。以这些具有特殊多级精细微观结构的蝶翅为模板，基于遗态材料的制备思想，人工变更其组分，将甲壳素基体替换为各种具有优越物理特性的其他组分，就可以合成各种兼具原始蝶翅分级结构与新组分功能特性的新材料，结构与功能的耦合有望大大提高材料的性能。

而如何精确地复制生物体的多层次、精细分级结构是研究的关键。现阶段，金属氧化物已经能够实现对生物材料精细结构的复制。无机氧化物对蝶翅结构的复制已经有很多报道，CookG.等以孔雀蛱蝶(Peacock butterfly)鳞片为模板，采用化学气相沉积法(CVD)，制备了SiO₂遗态材料(Exact Replication of Biological Structures by Chemical Vapor Deposition of Silica.Angewandte Chemie International Edition，2003，42(5)：557-559)；J.Silver等以具有类光子晶体结构的Morphopleides的鳞片结构为模板，采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备TiO₂光子晶体材料(Novel nano-structured phosphor materials cast from natural Morpho butterfly scales.Journalof Modern Optics，2005，52(7)：999-1007)；J.Y.Huang等采用原子层积法(ALD)方法，对MorphoPeleides的显微结构进行了逐层较为精确地覆盖(Coating)，得到了不同厚度的Al₂O₃蝶翅结构材料(Controlled Replication of Butterfly Wings for Achieving Tunable Photonic Properties.Nano Letters，2006，6(10)：2325-2331)。

但是聚合物对生物材料分级结构的复制一直是项具有挑战性的工作。这是因为聚合物的柔顺性以及链段的长距离相互缠结使得纳米级的精细结构难以复制。而相对于金属氧化物而言，导电聚合物是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在微电子、光学、电化学、生物技术等领域有着诱人的应用前景。而一般化学、电化学等聚合得到的导电高分子不具备纳米多孔结构，极大地限制了导电高分子的实际应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有蝴蝶翅膀光子晶体结构导电聚合物的制备方法，以蝶翅多层次、多维精细结构为模板，通过渗透、溶胶-凝胶和超声的方法，利用生物化学组分的不同化学反应性，通过表面处理和化学改性，先制备具有蝶翅精细结构的SiO₂多孔材料为二次模板，从而进一步将聚合物组装到SiO₂多孔材料的精细结构中，通过人工耦合作用控制SiO₂模板中的化学反应来制备得到具有蝶翅光子晶体结构的导电高分子材料。本发明创造性地利用二次模板技术，合成了具有光子晶体结构的导电高分子材料，这种光子晶体结构极大地提高了导电高分子对生物分子的响应，因此在生物传感领域具有广阔的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：