用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶及其制备与应用的制作方法

1.本发明属于生物医用材料领域，更具体地，涉及一种用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶及其制备与应用，利用该光子晶体膜，通过该光子晶体膜的颜色变化能够指示细菌的存在，及时提示细菌污染，有助于早期预防和处理细菌。


背景技术：

2.细菌是引起很多感染性疾病的主要病原体之一，比如破伤风、菌血病、肺结核等，进一步可能引起严重的并发症，甚至威胁人的生命。因此，识别或检测这些细菌，具有重要意义。目前，检测细菌的方法主要有形态学观察、革兰氏染色、分离培养、生化分析、免疫和分子学检测(例如聚合酶链反应(pcr))等。然而，上述方法需要精密的仪器设备、专业的操作人员，而且检测过程比较费时，价格比较昂贵，因此，大大限制了这些方法的广泛应用。尽管目前已经开发一些可视化的生物传感器或设备，用于细菌的检测，但是，检测过程中仍然需要用到紫外、荧光等测试手段，无法完全实现传感器直接报告结果。
3.光子晶体一种具有周期性纳米结构的光学材料，可以表现出结构色。其最主要的特点是光子禁带，即禁止传播落在禁带内的光。响应性光子晶体在受到外界刺激时，会因周期性纳米结构或有效折光指数的改变而引起结构色的改变，从而可作为一种简便的、可裸眼识别的比色传感器。目前，这种响应性光子晶体已被广泛应用于温度、溶剂、ph、压力、葡萄糖等传感领域，而在细菌检测领域鲜有报道。因此，利用响应性光子晶体制备简单、使用方便的优势，将其运用于细菌检测领域具有广阔的前景。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶及其制备与应用，其中通过对光子晶体水凝胶的细节组成与结构等进行控制，使细菌的代谢引起的微环境的ph变化或分泌的酶，能够作用于响应性光子晶体水凝胶，从而引起水凝胶的溶胀或收缩，进一步引起胶体晶体的晶格间距，造成可视化的色彩变化，实现可视化检测尤其是裸眼检测。本发明与现有技术相比能够有效解决现有细菌检测技术费时、昂贵且需精密设备及专业人员的问题，为细菌的检测提供了新途径，该光子晶体水凝胶膜制备方便、造价低廉、使用便捷，应用于细菌的裸眼检测时，具有操作简单、可直接报告结果的优点。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶，其特征在于，该光子晶体水凝胶主要由响应性水凝胶与胶体晶体复合而成；在细菌存在时，所述光子晶体水凝胶能够发生色彩变化，从而能够可视化的检测细菌是否存在。
6.作为本发明的进一步优选，所述响应性水凝胶是由响应性单体聚合得到的，或者是由无特定响应的水凝胶和响应性聚合物结合而成的。
7.作为本发明的进一步优选，所述响应性单体为ph响应单体；优选的，所述ph响应单
体为丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、丙烯酸氨乙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、甲基丙烯酸二乙氨乙酯中的至少一种；
8.所述无特定响应的水凝胶为聚丙烯酰胺、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯中的至少一种；
9.所述响应性聚合物为ph响应聚合物或酶响应聚合物；优选的，所述ph响应聚合物为聚丙烯酸、聚丁烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙基丙烯酸、聚丙烯酸氨乙酯、聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯、聚甲基丙烯酸二乙氨乙酯、聚(丙烯胺盐酸盐)、聚乙烯亚胺中的至少一种；所述酶响应聚合物为明胶、色氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、淀粉中的至少一种。
10.作为本发明的进一步优选，所述胶体晶体是由胶体粒子周期性排列得到的，所述胶体粒子的粒径为100～400nm；优选的，所述胶体粒子周期性排列是由胶体粒子自组装形成的；
11.所述胶体粒子的材质为fe3o4、sio2、tio2、cdse、cds、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚多巴胺中的其中一种。
12.按照本发明的另一方面，本发明提供了制备上述光子晶体水凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
13.(1)制备胶体晶体，使胶体粒子周期性排列；所述胶体粒子的材质为sio2、tio2、cdse、cds、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚多巴胺中的其中一种；
14.(2)制备光子晶体水凝胶：在步骤(1)得到的胶体晶体中灌注响应性单体或在步骤(1)得到的胶体晶体中灌注无特定响应水凝胶单体和响应性聚合物的混合物，并进行聚合，得到光子晶体水凝胶；或者，是在步骤(1)得到的胶体晶体中灌注无特定响应水凝胶单体并进行聚合先得到无特定响应的水凝胶，接着再灌注响应性聚合物并进行交联得到光子晶体水凝胶；
15.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体，即可得到能够用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶。
16.按照本发明的又一方面，本发明提供了制备上述光子晶体水凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
17.(1)光子晶体水凝胶前驱体的制备：将fe3o4胶体粒子与响应性单体或者与无特定响应水凝胶单体和响应性聚合物的混合物相混合，混合均匀后得到的悬浮液即光子晶体水凝胶前驱体；
18.(2)制备光子晶体水凝胶：将步骤(1)得到的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液置于磁场中，使其中的fe3o4胶体粒子在磁力驱动下完成组装，聚合后得到光子晶体水凝胶；
19.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体，即可得到能够用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶。
20.按照本发明的再一方面，本发明提供了制备上述光子晶体水凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.(1)光子晶体水凝胶前驱体的制备：将fe3o4胶体粒子与无特定响应水凝胶单体混合均匀，得到的悬浮液即光子晶体水凝胶前驱体；
22.(2)制备光子晶体水凝胶：将步骤(1)得到的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液置于磁场中，使其中的fe3o4胶体粒子在磁力驱动下完成组装，聚合后得到无特定响应的光子晶
体水凝胶，接着，再向其中灌注响应性聚合物并进行交联得到光子晶体水凝胶；
23.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体，即可得到能够用于可视化细菌检测的光子晶体水凝胶。
24.按照本发明的又一方面，本发明提供了上述光子晶体水凝胶在细菌可视化检测中的应用，其特征在于，利用细菌代谢引起的微环境的ph变化或细菌分泌的酶，与光子晶体水凝胶中的响应性水凝胶进行作用，从而引起水凝胶的溶胀或收缩，进而引起胶体晶体的晶格间距变化，造成可视化的色彩变化；利用可视化的色彩变化进而判断是否存在细菌。
25.按照本发明的最后一方面，本发明提供了上述光子晶体水凝胶在制备用于细菌可视化检测制剂中的应用，其特征在于，利用细菌代谢引起的微环境的ph变化或细菌分泌的酶，与光子晶体水凝胶中的响应性水凝胶进行作用，从而引起水凝胶的溶胀或收缩，进而引起胶体晶体的晶格间距变化，造成可视化的色彩变化；利用可视化的色彩变化进而判断是否存在细菌。
26.作为本发明的进一步优选，所述细菌包括铜绿假单胞菌、绿针假单胞菌、荧光假单胞菌、施氏假单胞菌、洋葱假单胞菌、枯草芽孢杆菌、普通变形杆菌、奇异变形杆菌、蜡样芽胞杆菌、粘质沙雷氏菌、阴沟杆菌、金黄色葡萄球菌、普通葡萄球菌、马氏葡萄球菌、大肠杆菌、伤寒沙门菌。
27.通过本发明所构思的以上技术方案，相较于传统的细菌检测方法，本发明涉及的光子晶体水凝胶具有制备方便、使用便捷等优势，适用于裸眼检测细菌。具体说来，本发明能够取得下列有益效果：
28.(1)本发明将光子晶体用于细菌检测，通过选择细菌响应性单体聚合或无特定响应的水凝胶和细菌响应性聚合物结合得到细菌响应性光子晶体水凝胶，通过细菌的代谢引起的微环境的ph变化或分泌的酶，作用于光子晶体水凝胶中的响应性聚合物，从而引起水凝胶的溶胀或收缩，进一步引起胶体晶体的晶格间距，造成可视化的色彩变化。
29.(2)本发明提供的光子晶体水凝胶为细菌的检测提供了新途径，无需昂贵且需精密设备，无需专业的操作人员,具有操作简单、可直接报告结果的优点。
30.(3)本发明提供的光子晶体水凝胶制备简单、造价低廉、使用便捷，可实现大规模制备。
附图说明
31.图1是本发明实施例2中光子晶体水凝胶在细菌存在下结构色发生变化的示意图(即从绿色向红色转变)。
32.图2a为本发明实施例1中fe3o4纳米粒子的透射电镜图片。
33.图2b为本发明实施例1中fe3o4纳米粒子在光子晶体水凝胶膜中沿某一方向呈一维链状排列的扫描电镜图片。
34.图3为本发明实施例2中光子晶体水凝胶膜用不同浓度明胶酶处理后的反射光谱图。
35.图4为本发明实施例2中光子晶体水凝胶膜用不同数量铜绿假单胞菌处理后的反射光谱图。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.总体来说，本发明中的光子晶体水凝胶由响应性水凝胶与胶体晶体复合而成，以光子晶体水凝胶膜为例，光子晶体水凝胶膜可通过颜色变化指示细菌的存在，及时提示细菌污染，有助于早期预防和处理细菌。
38.以下为具体实施例：
39.实施例1
40.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
41.(1)光子晶体水凝胶前驱体制备：将fe3o4纳米粒子与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂均匀混合于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体悬浮液，使每毫升所述光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液中fe3o4纳米粒子含量为4mg，丙烯酰胺含量为220mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为0.83mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl；
42.所述甲基丙烯酰化明胶可以按如下方法制备(当然，也可采用现有技术中其他已有方法进行制备)：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热至例如50℃的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
43.所述fe3o4纳米粒子可以按如下方法制备(当然，也可采用市售产品或现有技术中其他已有方法进行制备，只要得到的fe3o4纳米粒子其粒径尺寸均匀、且满足100～400nm的要求即可)：将0.65g二茂铁完全溶解在65ml丙酮中，得到棕黄色溶液，随后加入2.2ml双氧水(双氧水的浓度为30％)，进一步搅拌得到反应前驱体溶液，将所述前驱体溶液在210℃下反应72h，反应结束后，自然冷却到室温，磁分离得到固体产物，并用丙酮清洗并干燥得到fe3o4纳米粒子。
44.(2)制备光子晶体水凝胶：将所述步骤(1)中所述的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液铺成厚度为300μm的薄膜；加载垂直于所述薄膜的强度为2000高斯的磁场，使所述薄膜显色；用紫外光照射所述显色薄膜，固化所述显色薄膜中的丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酰化明胶，得到具有固定结构的光子晶体水凝胶。
45.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
46.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酰胺水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和fe3o4纳米粒子(如图1)。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述fe3o4纳米粒子为表面包覆有c层的fe3o4纳米粒(如图2a)；所述fe3o4纳米粒子在所述水凝胶中沿某一方向呈一维链状排列，浓度为4mg/ml(如图2b)。所述光子晶体水凝胶膜对明胶酶的响应范围是3μg/ml～600μg/ml；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.1～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈
现的结构色为黄绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
47.实施例2
48.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
49.(1)光子晶体水凝胶前驱体制备：将fe3o4纳米粒子与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂均匀混合于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体悬浮液，使每毫升所述光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液中fe3o4纳米粒子含量为4mg，丙烯酰胺含量为220mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为2.5mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl；
50.所述甲基丙烯酰化明胶按如下方法制备：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
51.所述fe3o4纳米粒子按如下方法制备：将0.65g二茂铁完全溶解在65ml丙酮中，得到棕黄色溶液，随后加入2.2ml双氧水，进一步搅拌得到反应前驱体溶液，将所述前驱体溶液在210℃下反应72h，反应结束后，自然冷却到室温，磁分离得到固体产物，并用丙酮清洗并干燥得到fe3o4纳米粒子。
52.(2)制备光子晶体水凝胶：将所述步骤(1)中所述的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液铺成厚度为300μm的薄膜；加载垂直于所述薄膜的强度为2000高斯的磁场，使所述薄膜显色；用紫外光照射所述显色薄膜，固化所述显色薄膜中的丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酰化明胶，得到具有固定结构的光子晶体水凝胶。
53.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
54.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酰胺水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和fe3o4纳米粒子。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述fe3o4纳米粒子为表面包覆有c层的fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子在所述水凝胶中沿某一方向呈一维链状排列，浓度为4mg/ml。所述光子晶体水凝胶对明胶酶的响应范围是30μg/ml～600μg/ml(如图3)；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.4～1.0(如图4)。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
55.实施例3
56.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
57.(1)光子晶体水凝胶前驱体制备：将fe3o4纳米粒子与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂均匀混合于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶膜前驱体悬浮液，使每毫升所述光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液中fe3o4纳米粒子含量为4mg，丙烯酰胺含量为220mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为7.5mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl；
58.所述甲基丙烯酰化明胶按如下方法制备：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
59.所述fe3o4纳米粒子按如下方法制备：将0.65g二茂铁完全溶解在65ml丙酮中，得到棕黄色溶液，随后加入2.2ml双氧水，进一步搅拌得到反应前驱体溶液，将所述前驱体溶液在210℃下反应72h，反应结束后，自然冷却到室温，磁分离得到固体产物，并用丙酮清洗并干燥得到fe3o4纳米粒子。
60.(2)制备光子晶体水凝胶：将所述步骤(1)中所述的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液铺成厚度为300μm的薄膜；加载垂直于所述薄膜的强度为2000高斯的磁场，使所述薄膜显色；用紫外光照射所述显色薄膜，固化所述显色薄膜中的丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酰化明胶，得到具有固定结构的光子晶体水凝胶。
61.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
62.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酰胺水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和fe3o4纳米粒子。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述fe3o4纳米粒子为表面包覆有c层的fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子在所述水凝胶中沿某一方向呈一维链状排列，浓度为4mg/ml。所述光子晶体水凝胶膜对明胶酶的响应范围是300μg/ml～3mg/ml；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.8～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为蓝绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
63.实施例4
64.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
65.(1)制备胶体晶体：将sio2纳米粒子分散于乙醇中，其浓度为10mg/ml。将洁净的玻璃基板垂直放入sio2纳米粒子的乙醇分散液中，并置于30℃条件下，待乙醇挥发完后，得到sio2胶体晶体；
66.所述sio2纳米粒子按如下方法制备(当然，也可采用市售产品或现有技术中其他已有方法进行制备，只要得到的sio2纳米粒子其粒径尺寸均匀、且满足100～400nm的要求即可)：将1ml正硅酸乙酯、33ml乙醇置于100ml圆底烧瓶中，磁力搅拌下，滴加1.3ml氨水和2.7ml去离子水，并于30℃下反应6h。反应结束后，得到乳白色悬浊液。通过离心洗涤和干燥处理后，得到尺寸约为100nm的sio2纳米粒子。
67.(2)制备光子晶体水凝胶：配制丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂的乙二醇溶液，使每毫升溶液中丙烯酰胺含量为220mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为2.5mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl。然后，将所述溶液灌注到步骤(1)中的sio2胶体晶体中，并用紫外光引发聚合；
68.所述甲基丙烯酰化明胶按如下方法制备：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量
14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
69.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
70.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酰胺水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和sio2纳米粒子。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述sio2纳米粒子在所述水凝胶中呈三维周期排列，浓度为10mg/ml。所述光子晶体水凝胶对明胶酶的响应范围是30μg/ml～600μg/ml；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.4～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
71.实施例5
72.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
73.(1)制备胶体晶体：将sio2纳米粒子分散于乙醇中，其浓度为10mg/ml。将洁净的玻璃基板垂直放入sio2纳米粒子的乙醇分散液中，并置于30℃条件下，待乙醇挥发完后，得到sio2胶体晶体；
74.所述sio2纳米粒子按如下方法制备(当然，也可采用市售产品或现有技术中其他已有方法进行制备，只要得到的sio2纳米粒子其粒径尺寸均匀、且满足100～400nm的要求即可)：将2ml正硅酸乙酯、27ml乙醇置于100ml圆底烧瓶中，磁力搅拌下，滴加4ml氨水和11ml去离子水，并于室温下反应6h。反应结束后，得到乳白色悬浊液。通过离心洗涤和干燥处理后，得到尺寸约为400nm的sio2纳米粒子。
75.(2)制备光子晶体水凝胶：配制丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂的乙二醇溶液，使每毫升溶液中丙烯酰胺含量为220mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为2.5mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl。然后，将所述溶液灌注到步骤(1)中的sio2胶体晶体中，并用紫外光引发聚合；
76.所述甲基丙烯酰化明胶按如下方法制备：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
77.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
78.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酰胺水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和sio2纳米粒子。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述sio2纳米粒子在所述水凝胶中呈三维周期排列，浓度为10mg/ml。所述光子晶体水凝胶对明胶酶的响应范围是30μg/ml～600μg/ml；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.4～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
79.实施例6
80.本实施例为明胶酶响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
81.(1)光子晶体水凝胶前驱体制备：将fe3o4纳米粒子与n-异丙基丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酰化明胶和光引发剂均匀混合于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体悬浮液，使每毫升所述光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液中fe3o4纳米粒子含量为4mg，n-异丙基丙烯酰胺含量为348mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为2.5mg，甲基丙烯酰化明胶含量为50mg，和光引发剂含量为10μl；
82.所述甲基丙烯酰化明胶按如下方法制备：将6g明胶完全溶解在60ml磷酸盐缓冲溶液中，然后滴加4.8ml甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐含量为80μl。将上述混合溶液在50℃下搅拌反应2h，加入240ml新鲜预热的磷酸盐缓冲溶液以停止反应。将产物用截留分子量14000da的透析袋透析5天，并冷冻干燥，即可得到所述甲基丙烯酰化明胶。
83.所述fe3o4纳米粒子按如下方法制备：将0.65g二茂铁完全溶解在65ml丙酮中，得到棕黄色溶液，随后加入2.2ml双氧水，进一步搅拌得到反应前驱体溶液，将所述前驱体溶液在210℃下反应72h，反应结束后，自然冷却到室温，磁分离得到固体产物，并用丙酮清洗并干燥得到fe3o4纳米粒子。
84.(2)制备光子晶体水凝胶：将所述步骤(1)中所述的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液铺成厚度为300μm的薄膜；加载垂直于所述薄膜的强度为2000高斯的磁场，使所述薄膜显色；用紫外光照射所述显色薄膜，固化所述显色薄膜中的n-异丙基丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酰化明胶，得到具有固定结构的光子晶体水凝胶膜。
85.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
86.制得的光子晶体水凝胶，包括聚(n-异丙基丙烯酰胺)水凝胶、甲基丙烯酰化明胶和fe3o4纳米粒子。其中所述甲基丙烯酰化明胶参与水凝胶的交联；所述fe3o4纳米粒子为表面包覆有c层的fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子在所述水凝胶中沿某一方向呈一维链状排列，浓度为4mg/ml。所述光子晶体水凝胶对明胶酶的响应范围是30μg/ml～600μg/ml；对铜绿假单胞菌的响应范围是od
600nm
＝0.4～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为绿色，随着明胶酶浓度或铜绿假单胞菌数量增多而变成红色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
87.实施例7
88.本实施例为ph响应的可视化细菌检测的光子晶体水凝胶的制备，包括以下步骤：
89.(1)光子晶体水凝胶前驱体制备：将fe3o4纳米粒子与丙烯酸、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和光引发剂均匀混合于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体悬浮液，使每毫升所述光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液中fe3o4纳米粒子含量为4mg，丙烯酸含量为250mg，n,n-亚甲基双丙烯酰胺含量为2.5mg，和光引发剂含量为10μl；
90.所述fe3o4纳米粒子按如下方法制备：将0.65g二茂铁完全溶解在65ml丙酮中，得到棕黄色溶液，随后加入2.2ml双氧水，进一步搅拌得到反应前驱体溶液，将所述前驱体溶液在210℃下反应72h，反应结束后，自然冷却到室温，磁分离得到固体产物，并用丙酮清洗并干燥得到fe3o4纳米粒子。
91.(2)制备光子晶体水凝胶：将所述步骤(1)中所述的光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液铺成厚度为300μm的薄膜；加载垂直于所述薄膜的强度为2000高斯的磁场，使所述薄膜显色；用紫外光照射所述显色薄膜，固化所述显色薄膜中的丙烯酸和n,n-亚甲基双丙烯酰胺，
得到具有固定结构的光子晶体水凝胶。
92.(3)将步骤(2)中制得的光子晶体水凝胶通过蒸馏水浸泡纯化除去未反应的单体等有害物质，得到可运用于生物实验的光子晶体水凝胶膜。
93.制得的光子晶体水凝胶，包括聚丙烯酸水凝胶和fe3o4纳米粒子。其中所述fe3o4纳米粒子为表面包覆有c层的fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子在所述水凝胶中沿某一方向呈一维链状排列，浓度为4mg/ml。所述光子晶体水凝胶对ph的响应范围是5～8；对金黄色葡萄球菌的响应范围是od
600nm
＝0.4～1.0。所述光子晶体水凝胶，初始呈现的结构色为绿色，随着ph值降低或金黄色葡萄球菌数量增多而变成蓝色，呈现出裸眼可识别的颜色变化，适宜于裸眼检测。
94.另外，在上述实施例中，尤其通过将n,n-亚甲基双丙烯酰胺的掺杂量控制为每3mmol单体掺杂2.0～4.0mg(如2.5mg)的n,n-亚甲基双丙烯酰胺，一方面既保证了较高的敏感性，另一方面又能够避免可视颜色变化范围变小。
95.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。