用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及智能传感材料领域，具体涉及一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器及其制备方法。

背景技术

牙周病是一种十分常见的口腔疾病，全世界超过10％的成年人可能受到严重牙周病的影响。牙周病可能会对口腔产生包括牙龈出血、口臭、牙齿移位、牙齿缺失和口腔疼痛等影响。及时快速发现并治疗牙周病对公民口腔健康状况的改善具有重大意义。

牙菌斑与牙周病的形成与发展密切相关，与牙周病相关的细菌包括牙龈卟啉单胞菌、齿密螺旋体和连翘单胞菌等。这类革兰氏阴性菌在厌氧条件下会代谢出一系列VSCs，如硫化氢，甲硫醇等。通过检测病变部位VSCs的释放和浓度，可以初步诊断牙周病，有利于牙周病的早期和及时治疗。

目前对VSCs的检测手段包括气相色谱法，荧光/比色传感法，便携式气相色谱法等。气相色谱法检测灵敏度高，但是需要笨重昂贵的设备并且需要专业人员进行操作，不能满足大众化检测的需要；荧光/比色传感法同样需要笨重的仪器，且荧光/比色探针合成过程复杂且大多有毒。

因此，开发一款大众化，高灵敏度，快速且无毒无害的检测材料有利于牙周病的早期诊断和及时治疗。

发明内容

基于此，本发明提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器及其制备方法，以解决现有技术的检测手段对于VSCs的检测相对较复杂、麻烦的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷和去离子水加入到无水甲醇中，超声振荡后置于密封容器中，取干净的玻璃片放入该密封容器内并固定在溶液上方；在150℃下沉积2～3h后将玻璃片取出，随后烘箱中烘干，得到疏水改性的改性玻璃片；

S2、将干净的玻璃片采用氧等离子体处理5～10min；取聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微纳米乳胶颗粒稀释于去离子水中，超声振荡分散均匀得到微纳米乳胶；再将氧等离子体处理后的玻璃片放置在该微纳米乳胶中，并在50℃，50％相对湿度或80℃，80％相对湿度的环境中静置2-3天，得到光子晶体结构模板；

S3、将丙烯酰胺、N-N’-亚甲基双丙烯酰胺、N-N’-双丙烯酰胱胺置于离心管中，并加入乙醇和去离子水充分溶解后，加入光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，分散均匀，得到水凝胶预聚液；

S4、将改性玻璃片的疏水面作为贴合面与光子晶体结构模板对贴设置，两者之间预留30～50μm间隙，将水凝胶预聚液灌注于该间隙内形成液膜，并在紫外灯照射下使液膜聚合成光子晶体水凝胶，聚合完成后去掉上层改性玻璃片，得到光子晶体水凝胶传感器；

S5、采用光纤光谱仪记录光子晶体水凝胶传感器的初始光子禁带波长，采用相机记录光子晶体水凝胶传感器的初始结构色，再将光子晶体水凝胶传感器放置于盛装有预设浓度的硫化氢测试气体的容器中，预设时间后取出并记录水凝胶的光子禁带波长和结构色，并计算响应后的禁带的偏移量；

S6、改变硫化氢测试气体的浓度，重复步骤S5得到一系列的硫化氢测试气体浓度与禁带偏移量的数据，并对该数据进行数学拟合得到如下的拟合曲线：

其中：y为光子晶体水凝胶在不同浓度的硫化氢测试气体中响应后禁带的偏移量，x是硫化氢测试气体的浓度，y0是当达到水凝胶响应的饱和浓度以后禁带的理论偏移量，A1和t是拟合所需常量；

通过拟合曲线找出线性相关性最强的数据点，利用线性函数模型进行拟合，得到如下的线性检测曲线：

y＝ax+b

其中：y为光子晶体水凝胶在不同浓度的硫化氢测试气体中响应后禁带的偏移量，x是硫化氢测试气体的浓度，a是曲线的斜率，b是曲线的截距；

由线性检测曲线得到光子晶体水凝胶传感器的检测限和线性检测范围，检测限计算公式如下：

LOD＝(3×空白样品标准偏差)/线性检测曲线的斜率。

其中：y

线性检测范围定义为检测限到偏离线性标准曲线的5％的范围内。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S1中，每0.5g的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，对应去离子水的用量为1g，无水甲醇的用量为50g。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S1中，玻璃片与液面间距离为2.5mm。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S2中，以176μl的35wt％聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微纳米乳胶颗粒通过去离子水稀释至50ml，得到0.1wt％的微纳米乳胶。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S3中，制备水凝胶预聚液的各组分质量分数分别为：丙烯酰胺9.92％、N-N’-亚甲基双丙烯酰胺0.13％、N-N’-双丙烯酰胱胺0.87％、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮1.07％、去离子水69.44％、乙醇18.57％。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S4中，采用365nm，200W的紫外灯照射5～10分钟实现液膜聚合。

本技术方案中，通过竖直沉积法诱导粒径和形貌均匀的微纳米乳胶颗粒进行自组装，得到具有周期性有序排列的光子晶体结构模板。光子禁带频率范围内的光不能透过光子晶体结构，因而可以观察到一定的结构颜色。基于晶格参数变化的光子晶体色度传感器通常由响应性材料构成，借助响应性材料感受相应的外界刺激，如分子、pH、电场、磁场等，产生膨胀或收缩，导致光子晶体结构的晶格参数发生改变，宏观表现为光子晶体结构色的变化及反射光谱的红移或蓝移。

本技术方案中，N-N’-双丙烯酰胱胺(BAC)是一种含有二硫键的可交联分子，将BAC引入聚丙烯酰胺水凝胶网络中可以赋予水凝胶对还原性物质的响应能力。当水凝胶与还原性气体硫化氢相互作用后，水凝胶网络中的二硫键断裂，交联密度下降，水凝胶膨胀。同时水凝胶与光子晶体结合后，水凝胶网络膨胀带动光子晶体晶格间距增大，光子禁带发生变化导致结构色改变，以实现对硫化氢的检测。

本技术方案中，当BAC在体系中的比例增加时，二硫键在网络中的含量增加，与硫化氢的接触机会增加，可以提高对硫化氢响应的灵敏度，并可以迅速达到平衡。但是BAC是一种水溶性较差的单体，当进一步增加其比例时，水凝胶的亲水性下降，导致硫化氢气体难以扩散至水凝胶中与二硫键作用，反而使水凝胶对硫化氢响应的灵敏度下降。同时，BAC链段水溶性较差，增加其比例还会导致相分离，水凝胶透明度下降，从而影响可视化传感。N-N’-双丙烯酰胱胺(BAC)和N-N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)物质的量之比优选为4:1。

本技术方案中，利用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷(PFDTMS)对玻璃片进行疏水化处理是为了降低水凝胶与玻璃片之间的黏附，使水凝胶在制备完成脱模过程中不会被破坏而影响水凝胶的响应性能。

通过上述原料组分及对应的含量的控制，制备了一种用于口气中VSCs可视化检测的光子晶体水凝胶传感器，光子晶体水凝胶传感器的水凝胶网络中的二硫键可以被还原性气体硫化氢切断导致水凝胶交联密度下降，体积增大。同时光子晶体的周期性有序结构可以使传感器具有一定的结构颜色，且当水凝胶体积改变时晶格间距会发生改变，导致结构色变化，从而实现对VSCs的可视化检测。

作为本发明的进一步优选技术方案，硫化氢测试气体可通过以下两种方法制得：一是通过硫化亚铁与稀盐酸反应；二是向硫化钠水溶液中加入一定量的稀盐酸。产生的混合气体经饱和硫氢化钠溶液除去氯化氢气体，无水氯化钙去除水蒸气后得到纯净的硫化氢气体。硫化氢气体由气体流量计控制收集体积，向采气袋中通入惰性稀释气得到一定浓度的硫化氢混合气。

进一步地，向放置有光子晶体水凝胶传感器的容器中通入硫化氢气体和惰性稀释气，通过气体流量计控制两种气体的流速可以使容器中充满不同浓度的硫化氢气体，以得到不同浓度的硫化氢气体。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器，其由上述任一实施例用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器的制备方法制备得到。

进一步地，通过收集人群的口气样本，将光子晶体水凝胶传感器置于该口气样本中，与其作用30分钟，即可实现对口气中VSCs的可视化检测。

本发明的用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器及其制备方法，采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：

1)本发明的光子晶体水凝胶传感器，其光子晶体具有的周期性有序结构，提供了肉眼可见的结构色，用于对人体口气的检测中可对VSCs响应迅速，结构色变化明显，肉眼能够清晰分辨，检测灵敏度高。

2)本发明的光子晶体水凝胶传感器，主要发挥对VSCs响应功能的成分是N-N’-双丙烯酰胱胺(BAC)，水凝胶网络中的二硫键在遇到还原性的气体硫化氢时发生断裂，水凝胶网络膨胀，带动光子晶体的晶格间距增加，光子禁带发生红移，从而产生肉眼可见的结构色改变，实现对VSCs的可视化检测。

3)本发明的光子晶体水凝胶传感器的制备方法，其制备原料易得，制备步骤少，制备简单，而且检测方法方便快捷，检测时间短，检测结果直观。与传统的检测方法相比，本发明的检测无需气相色谱仪，荧光光谱等复杂仪器，无需专业培训即可使用，检测过程简单、快速，检测结果直观，可以满足大众日常检测的需要。

4)本发明的光子晶体水凝胶传感器的制备方法中，水凝胶的制备方法简单，原料易得，光子晶体水凝胶传感器中的水凝胶可以重复循环使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明具体实施例1，2，3中制备光子晶体水凝胶传感器的流程示意图。

图2为本发明具体实施例1中制备得到的光子晶体水凝胶传感器表面20000倍扫描电镜图，右上角小图为制备的光子晶体水凝胶照片。

图3为本发明具体实施例1中制备得到的光子晶体水凝胶传感器在pH 7.4，15mM的硫化钠水溶液中处理前后500cm

图4为本发明具体实施例1中制备得到的光子晶体水凝胶传感器在增加BAC在体系中的质量分数时水凝胶的静态水接触角图。随着BAC含量的增加，水凝胶的静态水接触角逐渐增加，水凝胶的疏水性逐渐增加。

图5为本发明具体实施例1中制备得到的光子晶体水凝胶传感器在不同浓度的pH7.4硫化钠水溶液中禁带偏移量的变化。

图6为本发明具体实施例2中制备得到的光子晶体水凝胶传感器在100μM pH 7.4的硫化钠溶液中响应后经充分清洗后放入同浓度的过氧化氢溶液中，对比水凝胶在还原态和氧化态的禁带位置与初始态的差别。

图7为本发明具体实施例3中制备得到的光子晶体水凝胶传感器在不同浓度的硫化氢气体中作用30分钟后的禁带偏移量变化以及颜色变化。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

光子晶体是指一种由不同折光指数的材料在空间周期性排列的具有光子禁带的结构，被广泛应用在传感领域。光子晶体可视化传感器主要依靠外界刺激使光子晶体周期结构发生改变，引起宏观结构色的改变，从而反映外界刺激信息。通过向光子晶体结构中引入刺激响应性水凝胶，可以制备一系列具有特异响应性的光子晶体水凝胶可视化传感器。二硫键基团在还原性的VSCs的作用下会断裂形成两个巯基，本发明将含有二硫键基团的水凝胶引入光子晶体结构，制得可视化传的VSCs响应光子晶体水凝胶感器，可以在VSCs的作用下使水凝胶交联密度下降，水凝胶发生溶胀，致使光子晶体周期性结构改变，光子禁带发生偏移，引起结构色变化，从而实现对VSCs的快速可视化检测。

实施例1

本实施例提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器的制备方法，包括以下步骤，其制备流程参阅图1所示。

(1)玻璃片的疏水改性：将0.5g的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷和1g去离子水加入到50g的无水甲醇中，随后超声振荡5min。称取20g溶液于密封容器中并将干净的玻璃片固定在溶液上方，玻璃片与液面间距离为2.5mm。在150℃下沉积3h后将玻璃片取出，随后在120℃烘箱中烘干1h，得到疏水改性的改性玻璃片；

(2)氧等离子体处理玻璃片：将干净的玻璃片在满功率条件下采用氧等离子体处理10min。

(3)制备光子晶体结构模板：取176μl的35wt％聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)poly(St-MMA-AA)微纳米乳胶颗粒于烧杯中并用去离子水稀释至50ml，超声振荡使微球分散均匀，将氧等离子体处理后的玻璃片竖直放置在微纳米乳胶中，并在50℃，50％相对湿度的环境中静置两天，得到光子晶体结构模板(以下简称模板)；

(4)制备水凝胶预聚液：称取500mg的丙烯酰胺，6.5mg的N-N’-亚甲基双丙烯酰胺，以及43.9mg N-N’-双丙烯酰胱胺于离心管中，再加入1.2ml的无水乙醇和3.5ml的去离子水，使离心管中的预聚物充分溶解后，加入50μl的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，分散均匀得到水凝胶预聚液；

(5)制备传感器：将步骤(3)中得到的光子晶体结构模板左右两边用一层50μm厚的聚酰亚胺胶带固定厚度，在模板上方将步骤(1)中的改性玻璃片的疏水面朝向模板两者对贴设置，之间预留有50μm厚的间隙。将步骤(4)中得到的预聚液滴入(或者注射、虹吸)改性玻璃片与模板之间，形成一层50μm厚度的液膜，随后在365nm，200W的紫外灯下照射10分钟聚合，聚合完成后去掉改性玻璃片得到光子晶体水凝胶传感器；

(6)配制15mM的硫化钠水溶液，用稀盐酸将溶液的pH调节至7.4；

(7)采用光纤光谱仪记录光子晶体水凝胶传感器的初始光子禁带波长，采用相机记录光子晶体水凝胶传感器的初始结构色后，将传感器放置在盛装有步骤(6)的硫化钠水溶液密封容器中，并用封口胶对容器口密封以避免空气中的氧气氧化硫化氢气体，10分钟后取出记录水凝胶的光子禁带波长和结构色，并计算响应后禁带的偏移量；

(8)改变步骤(6)中硫化钠溶液的浓度(PH保持不变)，不同浓度的硫化钠溶液，对应不同浓度的硫化氢气体，用不同的光子晶体水凝胶传感器(采用上述步骤(1)-(5)所示的相同工艺参数制备)重复步骤7，得到一系列的溶液浓度与禁带偏移量的数据，利用数学处理软件origin选择合适的函数模型对所有溶液浓度与禁带偏移量的对应数据进行数学拟合求得拟合曲线。随后在拟合曲线的低浓度区找到线性相关性最强(在低浓度区间选不同数量的数据点进行线性拟合分析，相关系数R最大的一组数据认为线性相关性最强(这里数据点的数量不可低于5且R值尽可能大于0.98))的数据点，利用线性函数模型进行拟合，得到线性检测曲线，由线性检测曲线得到传感器的检测限和线性检测范围。数学分析中所用的函数模型如下：

拟合曲线：

其中：y为光子晶体水凝胶在不同浓度的硫化钠溶液中响应后禁带的偏移量，x是硫化钠溶液的浓度，y0是当达到水凝胶响应的饱和浓度以后禁带的理论偏移量。A1和t是拟合所需常量。

线性检测曲线：y＝ax+b

其中：y为光子晶体水凝胶在不同浓度的硫化钠溶液中响应后禁带的偏移量，x是硫化钠溶液的浓度，a是曲线的斜率，b是曲线的截距。

检测限计算：LOD＝(3×空白样品标准偏差)/线性检测曲线的斜率

其中：y

线性检测范围定义为从样品的检测限到偏离线性标准曲线的5％的范围内。

通过扫描电子显微镜观察实施例1中制备的光子晶体水凝胶传感器的水凝胶的表面形貌如图2所示，从图片中可以看到，poly(St-MMA-AA)微纳米乳胶颗粒均匀的分散在制备好的水凝胶中，且颗粒呈周期性有序排列，正是这样周期性有序结构赋予水凝胶一定的肉眼可识别的结构颜色，图1呈现的照片也证明了制备得到的光子晶体水凝胶具有一定的肉眼可识别的结构色。

光子晶体水凝胶的交联网络中存在二硫键，二硫键在还原性物质的作用下会断开形成两个巯基，致使水凝胶的交联密度下降。通过拉曼光谱在532nm激发光下表征10mM pH7.4的硫化钠作用前后水凝胶网络中二硫键含量的变化，结果如图3所示，可以清楚看到在硫化钠溶液处理后，512cm

在本实施例中，我们通过改变硫化钠溶液的浓度，保持测试溶液的pH不变，利用光纤光谱仪记录光子禁带位置，得到了光子禁带偏移量与硫化钠溶液的浓度之间的关系并进行了数学拟合。从图5中我们可以看到，随着硫化钠溶液的浓度增加，光子禁带的红移量逐渐增加，当浓度大于1mM后，光子禁带的红移量几乎不变，表示已达到水凝胶响应的饱和浓度。随后我们对线性检测区域进行线性拟合，经过拟合我们可以得到线性检测曲线的拟合方程为y＝89.31616x+12.84557。根据线性拟合曲线计算得到光子晶体水凝胶的检测限为23μM,可以实现低浓度硫化钠溶液的检测，满足对口气中VSCs的检测。通过照片也可以看出当硫化钠溶液浓度升高时，对应水凝胶的颜色变化对比明显，实现了肉眼可分辨的检测。

实施例2

本实施例提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器的制备方法，包括以下步骤，

(1)将0.5g的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷和1g去离子水加入到50g的无水甲醇中，随后超声振荡5min。称取20g溶液于密封容器中并将干净的玻璃片固定在溶液上方，玻璃片与液面间距离为2.5mm。在150℃下沉积3h后将玻璃片取出，随后在120℃烘箱中烘干1h，得到疏水改性的改性玻璃片；

(2)将干净的玻璃片在满功率条件下采用氧等离子体处理10min。

(3)取176μl的35wt％poly(St-MMA-AA)微纳米乳胶颗粒于烧杯中并用去离子水稀释至50ml。超声振荡使微球分散均匀，将氧等离子体处理后的玻璃片竖直放置在乳液中，并在50℃，50％相对湿度的环境中静置两天，得到光子晶体结构模板(以下简称模板)；

(4)称取500mg的丙烯酰胺、6.5mg的N-N’-亚甲基双丙烯酰胺、43.9mg N-N’-双丙烯酰胱胺置于离心管中，再加入1.2ml的无水乙醇和3.5ml的去离子水，使离心管中预聚物充分溶解后，加入50μl的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，分散均匀得到水凝胶预聚液；

(5)将步骤(3)中得到的光子晶体结构模板左右两边用一层50μm厚的聚酰亚胺胶带固定厚度，在模板上方将步骤(1)中的改性玻璃片的疏水面朝向模板对贴设置，之间预留间隙。将步骤(4)中得到的预聚液滴入(或者注射、虹吸)玻璃片与模板之间的间隙中，形成一层50μm厚度的液膜，随后在365nm，200W的紫外灯下照射10分钟聚合，聚合完成后去掉改性玻璃片得到光子晶体水凝胶传感器；

(6)配制100μM的硫化钠水溶液，用稀盐酸将溶液的pH调节至7.4；

(7)采用光纤光谱仪记录光子晶体水凝胶传感器的初始光子禁带波长，采用相机记录光子晶体水凝胶传感器的初始结构色后，将传感器放置在盛装有步骤(6)的硫化钠水溶液的密封容器中，并用封口胶对容器口密封以避免空气中的氧气氧化硫化氢气体，10分钟后取出记录水凝胶的光子禁带波长和结构色，并计算响应后禁带的偏移量；

(8)将光子晶体水凝胶传感器从100μMpH 7.4的硫化钠溶液中取出，用去离子水充分清洗水凝胶洗去残留的溶液后，将光子晶体水凝胶传感器放入同浓度的过氧化氢溶液中，充分还原后取出并记录水凝胶的光子禁带波长和结构色，同时对比双氧水氧化后禁带的变化。

在本实施例中，在水凝胶经过还原剂硫化钠溶液作用后生成两个巯基，巯基在弱氧化剂作用下可以重新连接形成二硫键。因此我们将水凝胶充分清洗后放入同浓度的过氧化氢溶液中观察水凝胶在氧化剂作用下禁带是否可以回到初始态，测试结果如图6所示，测试结果表面，经过氧化剂作用后，水凝胶网络中的二硫键可以重新连接，光子禁带回复到初始波长。

实施例3

本实施例提供了一种用于口气中挥发性硫化物可视化检测的光子晶体水凝胶传感器的制备方法，包括以下步骤，

(1)将0.5g的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷和1g去离子水加入到50g的无水甲醇中，随后超声振荡5min。称取20g溶液于密封容器中并将干净的玻璃片固定在溶液上方，玻璃片与液面间距离为2.5mm。在150℃下沉积3h后将玻璃片取出，随后在120℃烘箱中烘干1h，得到疏水改性的改性玻璃片；

(2)将干净的玻璃片在满功率条件下采用氧等离子体处理10min。

(3)取176μl的35wt％poly(St-MMA-AA)微纳米乳胶颗粒于烧杯中并用去离子水稀释至50ml。超声振荡使微球分散均匀，将氧等离子体处理后的玻璃片竖直放置在乳液中，并在50℃，50％相对湿度的环境中静置两天，得到光子晶体结构模板；

(4)称取500mg的丙烯酰胺、6.5mg的N-N’-亚甲基双丙烯酰胺、43.9mg N-N’-双丙烯酰胱胺置于离心管中，再加入1.2ml的无水乙醇和3.5ml的去离子水，使预聚物充分溶解后，加入50μl的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，分散均匀得到水凝胶预聚液；

(5)将步骤(3)中得到的光子晶体模板两边用一层50μm厚的聚酰亚胺胶带固定厚度，在模板上方将步骤(1)中的改性玻璃片的疏水面朝向模板放置在上方。将步骤(4)中得到的预聚液滴入玻璃片之间，形成一层50μm厚度的液膜，随后在365nm，200W的紫外灯下照射10分钟聚合，聚合结束后去掉改性玻璃片得到光子晶体水凝胶传感器；

(6)制备硫化氢气体，向收集好的硫化氢气体中通入一定体积的惰性稀释气，获得一系列体积分数不同的硫化氢气体混合气。

(7)采用光纤光谱仪记录光子晶体水凝胶传感器的初始光子禁带波长，采用相机记录光子晶体水凝胶传感器的初始结构色后，将传感器放置在一个广口瓶中，将步骤(6)中的硫化氢气体通过蠕动泵通入广口瓶中，30分钟后取出，记录水凝胶的光子禁带波长和结构色，并计算响应后禁带的偏移量；

(8)改变步骤(7)混合气中硫化氢气体的体积分数，得到一系列的气体浓度与禁带偏移量的数据，将其通过实施例1中具体阐述的数学拟合方法得到线性检测范围和检测限。

根据应用场景，我们探究了在不同浓度硫化氢气体作用下光子晶体水凝胶的禁带变化，同时采用实施例1中阐述的数学拟合方法对上述数据进行拟合分析，结果如图7所示，根据拟合分析结果，线性检测曲线方程为y＝6.04193x+11.14945，根据曲线方程计算出气相检测的检测限为340ppb(1ppm＝1000ppb)，可以实现低浓度硫化氢气体的检测，且在气相中光子晶体水凝胶颜色变化明显，可以肉眼识别。

在此需要说明的是，相同制备工艺条件下的光子晶体水凝胶的光子禁带波长和结构色随硫化氢气体浓度改变的变化规律相同，因此，制备得到的具有相同光子晶体水凝胶的传感器的线性检测范围和检测限也相同。在实际应用中，只需根据预存的光子晶体水凝胶的光子禁带波长和结构色随硫化氢气体浓度改变的变化规律，即可得到光子晶体水凝胶传感器的线性检测范围和检测限，那么，也可将预存的该变化规律制作成比色卡(如图7)，使用中，用户只需将检测口气后的光子晶体水凝胶传感器的结构色与比色卡对应的颜色进行比较，即可得出口气中硫化氢的浓度情况。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。