HCl/NH_3敏感的卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体荧光传感器

将反蛋白石结构的光子晶体引入到腐蚀性气体检测体系,制备得到卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体(TPP-SiO_2IOPCs)荧光传感器。相对于空白样,TPP-SiO_2IOPCs传感器实现了氯化氢(HCl)气体检测信号200倍的增强,这主要归因于反蛋白石型光子晶体的大孔结构和慢光子效应。同时,TPP-SiO_2IOPCs传感器对于HCl气体的猝灭效率可达75%,比空白样的提高了25%,而且经HCl气体处理后的传感器通入氨气(NH_3)后,初始的荧光强度几乎完全恢复。在HCl和NH_3条件下进行5个循环后,TPP-SiO_2IOPCs传感器表现出良好的可重复使用性。该研究对于发展高效的荧光传感器提供了新的思路。     

光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展

光子晶体是由两种以上具有不同折光指数的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的有序结构材料,它具有尺度为光波长量级的重复结构单元,通过对这些结构单元的合理设计.可以调控光子晶体的光学性质.近年来,光子晶体不仅在药物释放、光学开关、金属探针领域取得了广泛的应用,也为化学及生物传感器领域提供了新的检测原理和手段.本文概述了光子晶体的制备方法及近年来该技术在化学及生物传感器领域中的应用研究.     

光子晶体薄膜的制备以及在编码载体中的应用

通过将由聚苯乙烯纳米粒子构成的光子晶体膜镶嵌在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜中制备得到了具有PDMS/光子晶体/PDMS夹心结构的可用于多重生物分析的光子晶体编码载体. 用编码载体进行了大肠杆菌3种基因的杂交检测: 以3种光子晶体膜作为编码载体固定核酸探针, 然后在含有荧光标记的目标分子的缓冲液中进行杂交反应. 杂交反应后以光子晶体膜的特征反射谱为核酸编码, 以荧光信号的有无来确定目标分子的存在与否. 实验结果表明PDMS/光子晶体/PDMS夹心结构是一种有效的构建悬浮载体的方法.     

水相分子印迹光子晶体水凝胶传感器检测尿液中的痕量吗啡

结合水相分子印迹和光子晶体技术构建了吗啡分子印迹光子晶体水凝胶传感器,并成功用于生物样品中痕量吗啡的筛查.以吗啡为印迹模板,甲基丙烯酸为单体,乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂,填充至二氧化硅光子晶体模板孔隙中进行共价型分子印迹聚合,在1％ HF溶液中除去光子晶体模板,并洗脱印迹模板分子,即可得到具有目标分子传感功能的分子印迹光子晶体水凝胶传感器.此传感器在水相环境中对吗啡分子的识别能力良好,可以在不需要标记的情况下,将目标分子的识别转变为衍射峰的位移,该光学信号通过传感器颜色的变化表现出来,吗啡浓度由10 pg/mL增加到1μg/mL过程中,衍射峰最大偏移达到38 nm,并且抗干扰能力强,检出限为0.1 μg/L,响应时间为40 s,可以重复使用.此检测平台不需要对样品进行处理,便可准确、灵敏、快速地检测复杂样品中的目标分析物.     

三联噻吩衍生物功能化SiO2反蛋白石光子晶体荧光薄膜的制备及应用

将单分散聚苯乙烯微球乳液与SiO₂溶胶均匀混合后, 于恒温恒湿条件下, 竖直沉积共组装制备得到蛋白石型光子晶体薄膜, 然后利用牺牲模板法制得SiO₂反蛋白石光子晶体薄膜. 该薄膜依次经过浓硫酸与过氧化氢混合液、 3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液、 三联噻吩的三氯甲烷溶液和硼氢化钠的甲醇溶液处理后, 得到三联噻吩衍生物功能化的SiO₂反蛋白石光子晶体. 结果表明, 制备得到的光子晶体薄膜在512 nm处有荧光发射, 经紫外辐射后荧光猝灭, 甲醛气氛下458 nm处又出现新的荧光发射峰. 在甲醛气氛下20 s即可观察到荧光发射, 空气氛围下可恢复, 10次循环仍可保持强的荧光发射, 可重复性良好. 以无反蛋白石光子晶体结构的三联噻吩衍生物的平滑膜与甲醛作用的体系作为参比, 以330和400 nm聚苯乙烯微球为模板制备的三联噻吩功能化反蛋白石光子晶体, 在甲醛气氛中发射的荧光分别增强47.5和78.6倍. 这是由于光子晶体光子禁带的红带边和蓝带边与荧光发射波长相重叠, 产生了慢光子效应, 极大地增强了发射的荧光强度.     

基于分子印迹技术光化学传感器的研究进展

本文综述了分子印迹技术在可视化光化学传感器方面的研究发展与应用现状,主要介绍了分子印迹聚合物与荧光探针、荧光试纸、光子晶体凝胶传感器、表面等离子体共振传感器相结合的优势互补、存在问题和研究热点。利用基于分子印迹技术的光化学传感检测技术可避免大型仪器的使用,为更加快速、便捷和低成本的检测方法提供了新思路,可望成为一种适用于农残监控、医学分析、食品安全、环境监测和安全检查等方面的快速检测分子印迹模板类微量物质的新方法。     

化学响应性光子晶体

光子晶体是一种具有光子带隙结构的周期性电介质材料,如果将响应性材料组装到光子晶体结构中,所形成的光子晶体的带隙结构则对外界环境的变化具有响应性,而被称为响应性光子晶体。响应性光子晶体作为光子晶体的一个新领域,由于其在传感器,生物医学,临床检测等方面的潜在应用,近几年受到广泛关注。根据外界环境的不同,响应性光子晶体可简单分为化学响应性光子晶体、物理响应性光子晶体和生物响应性光子晶体等。本文将对化学响应性光子晶体的国内外研究动态做一简要介绍,重点介绍以下五种化学响应性光子晶体:金属离子响应光子晶体、pH响应光子晶体、氧化还原响应光子晶体、葡萄糖响应光子晶体和光化学响应光子晶体。     

基于石墨烯光子晶体光纤的流体传感器

与传统的传感器设备阵列相比,由于结构更为简单,具有广泛检测兼容性的光纤系统逐渐成为分布式监测的有力候选者。然而,受工作机制的限制,大多数光纤传感器仍局限于对折射率等物理参数进行探测,一种用于环境化学监测的全光纤分布式传感系统亟待研发。本工作中,我们向化学气相沉积法生长的石墨烯光子晶体光纤(Gr-PCF)中引入了一种化学传感机制。初步结果表明,石墨烯光子晶体光纤可以选择性地检测浓度为ppb级的二氧化氮气体,并在液体中表现出离子敏感性。石墨烯光子晶体光纤与光纤通信系统的波分、时分复用技术结合后,将为实现分布式光学传感环境问题提供巨大的潜力和机会。     

TiO2光子晶体的光子带隙及其应用

最近利用TiO₂光子晶体控制光子的研究取得了一定进展。本文概述了TiO₂光子晶体的分类、性质、制备和应用。TiO₂光子晶体在反射器件、光电转换、化学传感器和光催化等方面应用前景广阔,目前,可见光和近红外波段的TiO₂光子晶体的合成是工作的难点,本文对今后TiO₂光子晶体的研究提出了展望。     

快速响应聚合物光子晶体研究进展

响应性光子晶体以其亮丽的结构色彩及光学信号对外场刺激的响应性变化,在化学传感、智能显示等领域具有重要的应用前景.本文综述了快速响应聚合物光子晶体的研究进展.首先从原理上阐述了影响溶胀型光子晶体响应速率的因素,系统总结了针对不同因素提高其响应速率的研究工作,着重探讨了溶胀型光子晶体水凝胶的尺寸、聚合物链段的物理化学性能(包括多孔结构和亲疏水性)、凝胶网络的交联度等因素对响应速率的影响.同时也简要介绍了影响非溶胀型响应性光子晶体,如光、电、磁、机械力等外场诱导体系折光指数变化的响应性光子晶体的响应速率的因素.最后展望了响应性光子晶体的热点研究方向.这些工作对于提高光子晶体的响应速率,发展其在实时分析、在线检测等领域的应用具有重要意义.     

PNDC-b-PNTPE自组装制备兼具结构色和荧光色的薄膜

设计合成了含有聚集诱导发光四苯乙烯基的大位阻单体四苯乙烯基降冰片烯(NTPE),通过NTPE与含有双癸烷基的树状单体对苯二甲酸癸烷苯酯基降冰片烯(NDC)的顺序开环易位聚合(ROMP)制备具有聚集诱导发光性质的大位阻树状嵌段聚合物(PNDC-b-PNTPE).利用薄膜自组装制备了兼具结构色和荧光色的一维光子晶体薄膜.结果表明,PNDC-b-PNTPE在四氢呋喃(THF)中随着溶剂的挥发而快速自组装成为蓝色的一维光子晶体薄膜,其最大反射波长(λ_max)为443 nm.一维光子晶体薄膜的横截面扫描电子显微镜照片表明,PNDC-bPNTPE组装为周期为133 nm的层状结构.荧光发射光谱分析结果表明,一维光子晶体薄膜在368 nm波长紫外光的激发下能够发射最大波长为425 nm的荧光.该兼具结构色和荧光色的薄膜在防伪和显示方面有潜在的应用前景.     

甲基丙烯酸/丙烯酰胺双单体共聚反蛋白石光子晶体的制备

以烧结后的二氧化硅光子晶体为模板,采用溶胶凝胶法向模板间隙填充以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)为双功能单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂的聚合物前驱液,制备了甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚(PMAM)双单体反蛋白石凝胶光子晶体.通过紫外可见光谱分析表明,反蛋白石结构的凝胶膜对pH响应范围在4.0～7.0之间.由于其不受离子强度的影响,除了可以作为pH传感器外,还可以作为金属离子及生物小分子等分子印迹光子晶体传感器的基体膜.     

仿生制备功能性聚合物光子晶体

简述了自然界生物光子晶体经过不断的进化与演变而具有的一些特殊的性能,如亮丽的结构色彩、特殊的浸润性及高强度.受自然界生物光子晶体的这些特殊性能启发,通过对聚合物乳胶粒硬核软壳结构、表面功能基团及表面形貌的设计和调控等方法仿生制备了具有特殊浸润性的光子晶体;并在胶体晶体的聚合物乳胶粒间引入光交联聚合物,制备得到高强度的光子晶体;通过对蘑菇头形状乳胶粒两端的浸润性差异的设计制备,组装得到新型的各向异性结构的光子晶体.进一步发展了这些功能性光子晶体在湿度检测、油传感、自振荡体系等方面的应用.发展了通过喷涂、打印方法实现大面积、图案化聚合物光子晶体的简单制备.     

胶体光子晶体膜的超浸润性研究进展

近年来,由于具有特殊浸润性的胶体光子晶体膜在传感、检测、催化等方面的重要应用,胶体光子晶体膜的超浸润研究受到科研工作者的广泛关注.本文阐述了包括超亲液、超疏液、两亲性、梯度浸润性、可调控浸润性、图案浸润性等具有特殊浸润性光子晶体膜的制备及其相关应用,并讨论疏水、超疏水和亲-疏图案不同浸润性基底对所制备胶体光子晶体膜的功能性及其相关应用的影响.该工作对于发展新型功能型材料器件的制备具有重要的借鉴及指导意义.     

2,4,6-三氯酚分子印迹光子晶体水凝胶传感器的研究

以SiO2三维光子晶体为模板,2,4,6-三氯酚为印迹分子,甲醇为溶剂,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂,通过紫外光引发聚合,在2%氢氟酸溶液中去除光子晶体模板,0.015 mol/L NaOH溶液中洗脱印迹分子,制得2,4,6-三氯酚检测用分子印迹光子晶体水凝胶传感器。结果表明,传感器对2,4,6-三氯酚具有良好的响应与识别能力,在2,4,6-三氯酚浓度由0增加到6×10-4 mol/L过程中,吸收峰红移31 nm;浓度继续增加,吸收峰开始发生蓝移;当浓度增加到1×10-3 mol/L时,吸收峰蓝移56 nm,响应时间仅需要30 min。2,4,6-三氯酚分子印迹光子晶体水凝胶传感器具有高灵敏、高选择、易操作等优点,可实现对2,4,6-三氯酚的裸眼检测。     

非紧密堆积型光子晶体凝胶的制备及其压敏性质研究

利用简单的离心-重悬浮方法去除二氧化硅胶体溶液中的杂质离子, 通过静电排斥作用自组装形成非紧密堆积型二氧化硅光子晶体; 丙烯酰胺单体原位聚合形成聚丙烯酰胺凝胶锁定二氧化硅光子晶体的有序结构得到非紧密堆积的二氧化硅光子晶体凝胶, 该凝胶的Bragg衍射峰可以覆盖整个可见光区域; 利用聚丙烯酰胺凝胶的环境响应特性, 研究了光子晶体凝胶的压力敏感性质. 实验结果表明: 作用于光子晶体凝胶的压力变化导致其体积发生改变, 直接体现在光子晶体凝胶的Bragg衍射峰位置发生改变. 光子晶体凝胶在可视化检测方面具有潜在的应用价值.     

三维胶体光子晶体对光的调控与应用研究

21世纪在光子技术领域中操控光子已成为核心的研究内容.胶体光子晶体因其特殊的周期结构而具有光子禁带的特性,从而可以对特定频率的光进行调控,其应用涵盖了光、电、催化、传感、显示、检测等众多领域,为光功能材料的结构设计和性能优化提供了参考依据.本文主要从两个方面阐述近年来胶体光子晶体对光的调控作用与应用,一方面,光子晶体的...     

胶体自组装法形成光子带隙材料

光子带隙晶体使人们可以有效地控制和操纵光子,但是构建光子晶体,尤其是近红外及可见光区域的光子晶体是一个困难的工作,它对材料提出了很高的要求.本文从化学的角度,利用自组装方法,对胶体晶体和反蛋白石等类光子带隙材料包括半导体、金属、金属氧化物、聚合物、染料等进行较全面的介绍,同时介绍了如何从这些材料获得光子带隙.     

凝胶光子晶体

光子晶体是一种介电常数（或折射率）可以周期性调制的结构,其自激辐射抑制和光子局域化性质使其可以简便而有力的限制、控制和调控光子。近年来,利用胶体晶体自组装性质与水凝胶的传统应用相结合制成的凝胶光子晶体在药物释放、光学开关、金属探针、生物传感器等的新应用方面的研究蓬勃发展,在新材料开发及临床应用等方面取得巨大进展。本文概述了胶体晶体自组装并对该类凝胶光子晶体进行了分类介绍并对其发展趋势进行了评述和展望。     

苯胺分子印迹光子晶体水凝胶传感器的研究

基于分子印迹与光子晶体技术,制备了一种高灵敏、特异性好的苯胺水凝胶光学传感器。以Stober法制作的SiO_2微球作为三维光子晶体模板,苯胺为印迹分子,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂,2,2-偶氮二异丁腈为光引发剂,在紫外光下引发聚合,并在三氯甲烷(加入适量乙醇)中洗脱印迹分子,最终得到具有对苯胺分子有传感功能的分子印迹光子晶体水凝胶传感器。实验结果表明,该传感器对苯胺分子具有良好的识别能力,当苯胺的浓度从0增加到1×10~(-4)mol/L时,通过光谱仪检测出的吸收峰偏移了42 nm。此外,该传感器在苯胺的结构类似物甲基苯胺的缓冲液的响应位移明显较小,表明该传感器具有良好的选择性。