Programmable hierarchical photonic crystal arrays activated by post-hydrolysis for highly sensitive biochemical pH sensing

水解 石英晶体微天平 光子晶体 聚合物 基质(化学分析) 介孔材料 化学 纳米技术 材料科学 光电子学 吸附 有机化学 复合材料 催化作用
作者
Donghui Kou,Tan Shi,Lei Li,Shufen Zhang,Wei Ma
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:463: 142176-142176 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142176
摘要

Water is closely linked with our life and pH monitoring is of great significance to biochemistry, environment and industry. Herein, utilizing a controllable post-hydrolysis modification strategy, multilayered photonic crystal based pH sensors consist of mesoporous TiO2 and partially hydrolyzed poly(acrylamide-N,N’-methylene bis(acrylamide)) (P(AM-MBA)) layers are proposed. Varying pH from 4.0 to 8.5, the portable sensor transforms its color from violet to red with a linearly increased wavelength of 199 nm as the stopband generates ∼7 nm shift per 0.1 pH unit. The sensor exhibits repeatable response to pH change with a short sensing time of 0.8 s. Through goal-directed molecular regulations by the post-hydrolysis strategy, innovative dot-matrix sensor arrays with multiple sensing elements are created and present distinct color difference maps under diverse pH circumstances. And color based radar maps and PCA analysis greatly promote the detection accuracy and reliability. The dot-matrix sensors provide convenience for color-blind crowd and are applicable for use in human perspirations, suggesting promising potential in clinical applications. Furthermore, quartz crystal microbalance studies reveal the effect of the molecular regulation involving functional group and segment structure modifications on the sensing performance of the polymer based photonic materials, showcasing high reference values for future polymer-related researches.
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