[发明专利]一种pH快速响应变色传感器、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了pH快速响应变色传感器的制备方法，包括：（1）将干燥至恒重的原麻纤维，用粉碎机粉碎至粉末状，得到原麻纤维粉末；（2）将原麻纤维粉末与氢氧化钠溶液混合后进行碱处理，抽滤洗涤后得到脱胶后麻纤维；（3）将脱胶后麻纤维与去离子水混合后进行高速匀浆，得到麻微纤化纤维素匀浆液；（4）将麻微纤化纤维素匀浆液先后经液氮温度梯度冷冻和真空冷冻干燥，得到定向取向麻微纤化纤维素气凝胶；（5）将定向取向麻微纤化纤维素气凝胶浸入花青素溶液中，然后将吸附花青素的麻微纤化纤维素气凝胶冷冻干燥，得到pH快速响应变色传感器。本发明还公开了pH快速响应变色传感器及其应用。本发明材料安全可靠，显色速度快，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种pH传感器，具体涉及一种基于定向取向天然微纤气凝胶的pH快速响应变色传感器、制备方法及其应用，属于pH响应变色材料技术领域。

背景技术

近年来，高灵敏度和实时监测食品新鲜度的变色pH指示器已被用于检测食品中细菌和酶反应的各种副产物，但该类指示剂通常为化学合成指示剂，在食品领域应用可能危害健康。因此开发生物相容性和环境友好的天然色素类指示剂可以解决该问题，目前天然pH敏感化合物，主要有从红甘蓝、葡萄皮和紫番薯中提取的姜黄素、茜素和花青素等色素。

在各种天然色素中，来自紫番薯和红甘蓝的花青素具有较好的化学结构稳定性、良好的水溶性，以及在较宽的酸碱度范围内明显的颜色变化特性。在现有技术中，已有报道由花青素和聚乙烯醇(PVA)、淀粉和其他天然或生物相容性聚合物组成的智能包装膜，它们对不同的pH值溶液具有响应能力，但是该包装膜只对水溶液中的酸碱度变化响应，且由于该薄膜结构非常致密，颜色响应速度非常缓慢，这使得它们不适于指示快速的pH值波动。还有研究报道了高比表面积的多孔指示剂，可以在不同pH的环境中显著改善其响应时间，但是该多孔指示剂存在在不同pH环境下颜色的改变不明显，不易被肉眼感知的问题。另外，该类酸碱指示剂对酸性和碱性蒸汽的响应速度以及可逆性和可重复使用性方面仍然有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全可靠能够用于食品检测领域的pH快速响应变色传感器。

本发明的核心思路是：利用碱处理脱胶并剥离麻纤维，再通过高速匀浆使麻纤维断裂分解成疏松柔软网状的微纤化纤维素，然后经液氮温度梯度冷冻后再真空冷冻干燥制备疏松多孔网状气凝胶。该气凝胶中微纤和孔道沿轴向定向取向排列，利于酸碱溶液或酸碱蒸汽的快速渗透，因此能够快速响应。利用该微纤化纤维素气凝胶做为基底材料，吸附天然色素紫薯花青素，制备了pH快速响应变色传感器，用于食品检测。

本发明具体是这样实现的：

一种pH快速响应变色传感器的制备方法，包括以下步骤：

（1）将干燥至恒重的原麻纤维，用粉碎机粉碎至粉末状，得到原麻纤维粉末；

（2）将步骤（1）中原麻纤维粉末与氢氧化钠溶液混合后进行碱处理，抽滤洗涤后得到脱胶后麻纤维；

（3）将步骤（2）中脱胶后麻纤维与去离子水混合后进行高速匀浆，得到麻微纤化纤维素匀浆液；

（4）将步骤（3）中麻微纤化纤维素匀浆液先后经液氮温度梯度冷冻和真空冷冻干燥，得到定向取向麻微纤化纤维素气凝胶。

（5）将步骤（4）中定向取向麻微纤化纤维素气凝胶浸入花青素溶液中，然后将吸附花青素的麻微纤化纤维素气凝胶冷冻干燥，得到pH快速响应变色传感器。

更进一步的方案是：

步骤（1）中原麻纤维可以是苎麻纤维、黄麻纤维或汉麻纤维；粉碎后的原麻纤维粉末粒径为0.05～0.2mm。

更进一步的方案是：

步骤（2）中氢氧化钠溶液的浓度为5～8wt.%，进行碱脱胶时体系中原麻纤维粉末与氢氧化钠溶液的用量比为1g：50～60 mL；