技术领域本发明涉及荧光增强技术领域，具体涉及镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体的制备方法。
背景技术：
光光子晶体可以被看做不同介电常数的材料周期性排列形成的规则结构。Yablonovitch和John最先在光子晶体设计方面进行研究。按照周期性，光子晶体可以分为一维，二维，三维光子晶体。光子晶体有不同的发射波长，这是由层与层之间的距离决定的，这也形成了它们独特的颜色。当光子晶体的周期性发生改变的时候，例如遇到了化学刺激，光子晶体的反射波长也会发生改变。这就为传感提供了一个方便的途径。纵使是不熟悉的人也可以观察到光子晶体的颜色变化，而且这种方法便宜，容易操作。这使得对比其他刺激响应型材料，光子晶体更受人欢迎。一维光子晶体不仅可以用于传感，同时具研究表明一维光子晶体有一定的荧光增强效果，可用于荧光检测。由于光子禁带的存在使得光子晶体具有特殊的光学特性，光子晶体可以影响光的发射和传播。尤其是光子禁带可以抑制特定频率的光在某一方向的传播，因此当嵌入光子晶体里的光学材料(染料，聚合物半导体等)的发射波长与光子晶体的光子禁带相重合时，光子晶体可以改变光学材料的发射特性。一维光子晶体增强荧光的一个机制如下：当光的波长与一维光子晶体的光子禁带相重合时，光就被一维光子晶体镇压了，也就是说发射光无法进入一维光子晶体。所以光会被朝光子禁带的方向反射。然而当光入射到没有一维光子晶体的玻璃片上时，由于玻璃片的低反射率，光会被传播到基底上。这就表明了当光的波长与一维光子晶体的光子禁带重合时，光源发射到一维光子晶体表面的光就会无法透过一维光子晶体传播，而是被反射到光子禁带的方向并且被增强。而当基底是玻璃片的时候，光会被传播并且有所散失。具有特殊形貌及构型的表面(如金属表面)能够使位于它表面邻近的荧光分子的荧光信号显著增强，这种现象被称之为表面增强荧光。金属表面增强荧光是多种因素作用的结果，相关的增强机制的理论主要有三个：(1)金属表面荧光分子附近局域场的增强：金属表面形成的等离子体能够通过荧光分子附近局域电场使荧光分子的激发强度和效率增强。(2)分子与衬底表面之间的能量转移：根据Forster-Dexter机制，金属表面荧光分子量子产率的增强也被理解为是荧光分子把能量快速转移到属表面并辐射到远场的结果。(3)荧光分子辐射衰减速率的增加：金属可以通过与光子之间强烈的共振耦合，极大地增金属周围的电磁场，从而大幅度提高发光中心的辐射跃迁几率，以此实现荧光增强。这三种理论分别从不同角度解释金属表面增强荧光的原因，但又是相互关联的。目前暂无研究者将一维光子晶体的荧光增强效果与金属表面增强荧光相结合，并利用其结合后的荧光增强效果来检测客体分子。因此，研究将一维光子晶体的荧光增强效果与金属表面增强荧光相结合的实验有待更加深入。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种基于荧光增强原理的β-葡聚糖检测方法，填补将一维光子晶体的荧光增强效果与金属表面增强荧光相结合，并利用其结合后的荧光增强效果来检测客体分子方面的空白。技术方案：为解决上述问题，本发明的一种基于荧光增强原理的β-葡聚糖检测方法采用以下技术方案：结合金纳米粒子和光子晶体的荧光增强效果，包括如下步骤：步骤一、分别制备TiO2胶体溶液和GO水凝胶，其中，TiO2胶体溶液浓度为7.8～39mg/ml，GO水凝胶浓度为0.25～0.5mg/ml；步骤二、硅片洗净吹干，利用旋涂法将步骤一制备的TiO2胶体溶液和GO水凝胶涂到硅片表面，得到所述二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体，其中，每层旋涂转速为3000～6000rpm，旋涂时间为50s～1min；步骤三、通过真空蒸镀的方法在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上镀金，得到所述镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体，其中，蒸镀时间为60s～90s；步骤四、将β-葡聚糖与苯胺蓝特异性结合，得到荧光复合产物，其中，β-葡聚糖溶液浓度为1～6μg/ml，苯胺蓝溶液浓度为0.5～1.5mg/ml；步骤五、将步骤四所得到的荧光复合产物与聚乙烯醇按比例混合，利用旋涂法将上述溶液涂到镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体表面，得到所述以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物，其中，聚乙烯醇溶液浓度为20～40mg/ml，混合比例为1∶1～2∶1，旋涂转速为900～1200rpm，旋涂时间为10s～12s；步骤六、利用荧光显微镜检测步骤五制备的以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物的荧光光谱。所述TiO2胶体溶液的制备包括如下步骤：称取钛酸四丁酯加入乙醇中，磁力搅拌下缓慢滴加冰乙酸，其中钛酸四丁酯，乙醇和冰乙酸的体积比为2∶8∶1，室温下搅拌5～6h，得到浓度为39mg/ml的TiO2胶体溶液，稀释1～5倍，得到浓度为7.8～39mg/ml的TiO2胶体溶液。所述GO水凝胶的制备包括如下步骤：将配制好的0.25～0.5mg/mL的GO水凝胶倒入高压反应釜中，90～100℃反应17～24h，得到浓度为0.25～0.5mg/ml的GO水凝胶。所述硅片洗净吹干包括如下步骤：将硅片浸入丙酮溶液超声振荡30～60min，之后再浸入乙醇溶液中超声振荡30～60min；最后浸入体积比为3∶7～1∶3的H2SO4/H2O2混合溶液中浸泡4～12h，N2吹干得到清洗干净的硅片。以涂一层TiO2胶体溶液和一层GO水凝胶为一个旋涂周期，所述旋涂周期为3～4个周期。β-葡聚糖与苯胺蓝特异性结合包括如下步骤：取β-葡聚糖溶液放入离心管中，在离心管中加入苯胺蓝溶液，其中β-葡聚糖溶液和苯胺蓝溶液的体积比为1∶21，避光50～80℃水浴反应15～30min，得到苯胺蓝与β-葡聚糖特异性结合形成的荧光复合产物。有益效果：1、本发明以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为基底，通过结合金纳米粒子和光子晶体的荧光增强效果，引起更大幅度的荧光增强，从而提升荧光检测的灵敏度，因而制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体比普通一维光子晶体薄膜荧光增强能力更强。2、本发明方法简单有效，操作简便，且所需时间较短。3、本发明使用的制备装置简单：不需要什么特殊的设备，普通的旋涂机就可以满足要求。4、本发明制备的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体应用范围广：制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体可以用于多种客体分子荧光检测中的荧光增强基底，具有广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体的荧光增强效果。图2是实施例1制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体用于检测β-葡聚糖的结果图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。一种基于荧光增强原理的β-葡聚糖检测方法，结合金纳米粒子和光子晶体的荧光增强效果，包括如下步骤：步骤一、将硅片浸入丙酮溶液超声振荡30～60min，之后再浸入乙醇溶液中超声振荡30～60min；最后浸入体积比为3∶7～1∶3的H2SO4/H2O2混合溶液中浸泡4～12h，N2吹干得到清洗干净的硅片；步骤二、分别制备TiO2胶体溶液和GO水凝胶，其中，TiO2胶体溶液浓度为7.8～39mg/ml，GO水凝胶浓度为0.1～0.5mg/ml；其中，TiO2胶体溶液的制备包括如下步骤：称取钛酸四丁酯加入乙醇中，磁力搅拌下缓慢滴加冰乙酸，其中钛酸四丁酯，乙醇和冰乙酸的体积比为2∶8∶1，室温下搅拌5～6h，得到浓度为39mg/ml的TiO2胶体溶液，稀释1～5倍，得到浓度为7.8～39mg/ml的TiO2胶体溶液。GO水凝胶的制备包括如下步骤：将配制好的0.25～0.5mg/mL的GO水凝胶倒入高压反应釜中，90～100℃反应17～24h，得到浓度为0.25～0.5mg/ml的GO水凝胶。步骤三、利用旋涂法将步骤二制备的TiO2胶体溶液和GO水凝胶涂到硅片表面，得到所述二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体，其中，每层旋涂转速为3000～6000rpm，旋涂时间为50s～1min，以涂一层TiO2胶体溶液和一层氧化石墨烯胶体溶液为一个旋涂周期，旋涂周期为3～4个周期。步骤四、通过真空蒸镀的方法在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上镀金，得到所述镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体，其中，蒸镀时间为60s～90s。步骤五、将β-葡聚糖与苯胺蓝特异性结合，得到荧光复合产物，其中，β-葡聚糖溶液浓度为1～6μg/ml，苯胺蓝溶液浓度为0.5～1.5mg/ml，其中，β-葡聚糖与苯胺蓝特异性结合包括如下步骤：取一定量的β-葡聚糖溶液放入离心管中，在离心管中加入苯胺蓝溶液，其中β-葡聚糖溶液和苯胺蓝溶液的体积比为1∶21，避光50～80℃水浴反应15～30min，得到苯胺蓝与β-葡聚糖特异性结合形成的荧光复合产物。步骤六、将步骤五所得到的荧光复合产物与聚乙烯醇按比例混合，利用旋涂法将上述溶液涂到镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体表面，得到所述以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物，其中，聚乙烯醇溶液浓度为20～40mg/ml，混合比例为1∶1～2∶1，旋涂转速为900～1200rpm，旋涂时间为10s～12s。步骤七、利用荧光显微镜检测步骤六制备的以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物的荧光光谱。以下实施例采用的硅片由浙江立晶硅材料有限公司提供；SiO2粒子由东南大学生物电子学国家重点实验室提供。实施例11)将硅片浸入丙酮溶液超声振荡30min，然后再浸乙醇溶液中超声振荡30min，最后浸入体积比为1∶3的H2SO4/H2O2混合溶液中浸泡12h，N2吹干得到清洗干净的空白硅片。2)称取4g钛酸四丁酯加入16ml乙醇中，磁力搅拌下缓慢滴加2ml冰乙酸，室温下搅拌5h，得到浓度为39mg/ml的淡黄色透明TiO2胶体溶液。将GO溶于水中，配成浓度为0.25mg/ml的GO胶体溶液，将配制好的0.25mg/mL的GO水凝胶倒入高压反应釜中，90℃反应17h，得到浓度为0.25mg/ml的GO水凝胶。3)逐层将TiO2胶体溶液和GO水凝胶旋涂到基底表面，旋涂速度为4500rpm，旋涂时间为50s，旋涂周期为4个周期，制备出二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。4)通过真空蒸镀的方法在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上镀金，蒸镀时间为60s，得到所述镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。5)取300μL的β-葡聚糖溶液放入离心管中，在离心管中加入630μL的1mg/ml苯胺蓝溶液，避光80℃水浴反应15min，得到苯胺蓝与β-葡聚糖特异性结合形成的荧光复合产物。6)将所得到的荧光复合产物与20mg/ml聚乙烯醇按1∶1混合，利用旋涂法将上述溶液涂到镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体表面，旋涂转速为1000rpm，旋涂时间为12s。7)利用荧光显微镜检测步骤六制备的以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物的荧光光谱。如图1所示，为本实施例制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体的荧光增强效果。从图中可以旋涂在玻璃片上的荧光复合产物的荧光强度最弱，为29.67；旋涂在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上的荧光复合产物的荧光强度处于中间，是旋涂在玻璃片上的荧光复合产物的荧光强度的8倍左右，为244.9；旋涂在镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上的荧光复合产物的荧光强度最强，是旋涂在玻璃片上的荧光复合产物的荧光强度的10倍左右，为314.38。图2是实施例1制备出的镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体用于检测β-葡聚糖的结果图。从图中可以发现随着β-葡聚糖浓度的升高，荧光强度也在逐步增强，且具有一定的线性关系。实施例21)将硅片浸入丙酮溶液超声振荡30min，然后再浸入乙醇溶液中超声振荡30min，最后浸入体积比为1∶3的H2SO4/H2O2混合溶液中浸泡4h，N2吹干得到清洗干净的空白硅片。2)称取4g钛酸四丁酯加入16ml乙醇中，磁力搅拌下缓慢滴加2ml冰乙酸，室温下搅拌6h，得到浓度为39mg/ml的TiO2胶体溶液，然后稀释3倍，得到浓度为13mg/ml的TiO2胶体溶液。将GO溶于水中，配成浓度为0.5mg/ml的GO胶体溶液，将配制好的0.5mg/mL的GO水凝胶倒入高压反应釜中，90℃反应18h，得到浓度为0.5mg/ml的GO水凝胶。3)逐层将TiO2胶体溶液和GO水凝胶旋涂到基底表面，旋涂速度为5000rpm，旋涂时间为50s，旋涂周期为4个周期，制备出二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。4)通过真空蒸镀的方法在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上镀金，蒸镀时间为90s，得到所述镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。5)取300μL的β-葡聚糖溶液放入离心管中，在离心管中加入630μL的1mg/ml苯胺蓝溶液，避光50℃水浴反应30min，得到苯胺蓝与β-葡聚糖特异性结合形成的荧光复合产物。6)将所得到的荧光复合产物与40mg/ml聚乙烯醇按1∶1混合，利用旋涂法将上述溶液涂到镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体表面，旋涂转速为1200rpm，旋涂时间为10s。7)利用荧光显微镜检测步骤六制备的以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物的荧光光谱。实施例31)将硅片浸入丙酮溶液超声振荡60min，然后再浸入乙醇溶液中超声振荡60min，最后浸入体积比为3∶7的H2SO4/H2O2混合溶液中浸泡12h，N2吹干得到清洗干净的空白硅片。2)称取4g钛酸四丁酯加入16ml乙醇中，磁力搅拌下缓慢滴加2ml冰乙酸，室温下搅拌5h，得到浓度为39mg/ml的TiO2胶体溶液，然后稀释5倍，得到浓度为7.8mg/ml的TiO2胶体溶液。将GO溶于水中，配成浓度为0.25mg/ml的GO胶体溶液，将配制好的0.25mg/mL的GO水凝胶倒入高压反应釜中，100℃反应17h，得到浓度为0.25mg/ml的GO水凝胶。3)逐层将TiO2胶体溶液和GO水凝胶旋涂到基底表面，旋涂速度为6000rpm，旋涂时间为60s，旋涂周期为4个周期，制备出二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。4)通过真空蒸镀的方法在二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体上镀金，蒸镀时间为60s，得到所述镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体。5)取300μL的β-葡聚糖溶液放入离心管中，在离心管中加入630μL的1mg/ml苯胺蓝溶液，避光80℃水浴反应20min，得到苯胺蓝与β-葡聚糖特异性结合形成的荧光复合产物。6)将所得到的荧光复合产物与20mg/ml聚乙烯醇按1∶1混合，利用旋涂法将上述溶液涂到镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体表面，旋涂转速为900rpm，旋涂时间为12s。7)利用荧光显微镜检测步骤六制备的以镀金的二氧化钛/氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体为荧光增强基底的荧光复合产物的荧光光谱。