光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展
光子晶体在纳米生物学中的应用
光子晶体在纳米生物学中的应用光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其具有高度芯片化、光学性质可调和微纳尺度等特点。
在生物医学领域中，光子晶体的应用正在得到越来越多的关注。
本文将围绕光子晶体在纳米生物学中的应用展开讨论。
一、光子晶体简介光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其周期性结构与晶体相似，但晶格大小通常在纳米尺度以下。
光子晶体具有很多优异性能，如高度芯片化、光学性质可调和微纳尺度等特点。
这些特性使得光子晶体成为纳米材料中的一种重要类型。
与普通纳米材料相比，光子晶体具有更加复杂且多样化的结构，使得其应用范围更广泛。
二、光子晶体在纳米生物学中的应用1. 药物释放光子晶体材料的孔径大小可以通过其周期性结构的设计来调节，因此具有很大的孔隙率和比表面积，适合于作为药物载体。
通过将药物包裹在光子晶体的孔道中，药物可以得到有效的保护，并能够被缓慢释放出来。
这种药物释放的方式更加安全和准确，能够大大提高药物的疗效。
2. 生物传感器光子晶体表面的周期性结构可以被利用来构建高灵敏度和高特异性的生物传感器。
根据生物分子的识别，其感受区域的结构或形态发生变化，导致其反射或透射光谱的改变。
这种变化可以被检测器测量和分析，从而实现对生物分子的检测。
3. 细胞成像细胞成像是生物医学研究的一个重要领域。
在微观尺度下，光子晶体可以作为一种高质量的成像剂，使得对细胞或细胞结构的成像更加清晰和精确。
光子晶体可以被利用来增强细胞成像的对比度和分辨率，从而帮助研究人员更好地了解细胞内部的过程和结构。
三、光子晶体的未来发展光子晶体在纳米生物学中的应用已有了一些突破性进展，但其应用仍然存在一些挑战和限制。
例如，要实现纳米级别的光子晶体制备仍然需要先进的纳米制造技术。
此外，光子晶体的组装和制备也需要更加高效和精确的技术。
在未来，随着生物医学研究的不断深入，光子晶体的应用前景将更加广阔。
我们可以期待，光子晶体将成为生物医学领域中的一个有力工具，引领纳米生物学研究的发展。
光子晶体材料在生物医学领域的应用研究
光子晶体材料在生物医学领域的应用研究光子晶体材料是一种由周期性的介质组成的材料，在特定波长下可以控制光的传播和反射，具有高光学性能和结构纳米级别的特点。
由于这些特点，光子晶体材料在生物医学领域的应用逐渐升温。
本篇文章将从光子晶体材料膜的制备、传感器、荧光成像和生物分析等方面介绍其在生物医学领域的应用研究。
1. 光子晶体材料膜在生物医学领域的应用研究光子晶体材料膜作为一种高效药物传递载体，已经成为生物医学领域的研究热点。
光子晶体材料膜通过改变薄膜厚度、周期、介质折射率等参数，可以调节其在特定波长下反射和透过的光的强度和频率。
在生物医学领域，光子晶体材料膜可以用于药物传递、肿瘤治疗等方面。
药物传递是其最为广泛的应用之一。
光子晶体材料膜依靠特定波长下的散射或透射，可以准确地控制药物的释放速度。
研究人员开发了一种具有反应性的光子晶体材料膜，可以通过照射来控制药物的释放。
这种材料可以被植入体内，能够根据患者的需求来释放药物，避免了由于患者个体差异导致的副作用和药物不足的情况。
肿瘤治疗也是光子晶体材料膜的另一个重要应用。
研究人员利用这种材料的特性，在肿瘤周围生成一个特殊的环境，可以创造一个光动力治疗的条件。
当这种光子晶体材料膜在阳光下或强光下受到照射，可以促进肿瘤细胞凋亡，达到治疗的效果。
这种方法对于肿瘤治疗具有很大的价值，不仅可以满足患者个性化治疗的需求，而且也可以减少药物的使用和副作用。
2. 光子晶体材料传感器在生物医学领域的应用研究光子晶体材料传感器是一种基于介质相互作用原理的新型传感器，可应用于检测患者血糖、肿瘤等指标。
光子晶体材料传感器依赖于光的干涉，通过改变介质的折射率，使传感器产生可测量的光响应。
一种新型的基于光子晶体材料传感器的生物传感器已经被发明。
该生物传感器可以通过测量细胞中的活性氧水平，来评估细胞的正常生长和癌症的早期诊断。
光子晶体材料传感器的独特的光学性质使得其对小分子和大分子进行检测都有很高的灵敏度和特异性。
光子晶体在生物医学中的应用
光子晶体在生物医学中的应用随着科技的不断进步，光子晶体在生物医学领域中的应用越来越广泛。
光子晶体是一种由交替排列的介质球或柱子组成的晶体材料，也称为光子晶体结构。
光子晶体的一个显著特点是其能够控制和调节光的性质。
这使得光子晶体在医学和生物学领域中找到了广泛的应用。
光子晶体在生物传感器中的应用光子晶体可以制成极其敏感的生物传感器，可用于检测药物浓度、细胞分泌的蛋白质等化学和生物学参数。
传统的生物传感器通常只能对单一参数进行检测，并且具有较短的使用寿命。
而基于光子晶体的生物传感器不仅能够对多种参数进行检测，并且具有较长的使用寿命。
此外，光子晶体生物传感器还具有高度可控性、灵敏度和选择性，可以广泛应用于生物医学诊断和监测领域。
光子晶体在细胞成像中的应用光子晶体还可以通过光学全息显微镜或其它成像技术进行细胞成像。
在这种技术中，光子晶体结构被用于制备具有高分辨率的细胞成像样品。
这种结构可以有效地协同激光束，从而提高细胞成像的灵敏度和分辨率。
此外，光子晶体成像技术还可以实现高通量的细胞成像，这对于大规模细胞研究具有极大的重要性。
最终，这种技术的使用对于生物研究和治疗有着重要的意义。
光子晶体在药物传递中的应用利用光子晶体结构可以成功制备出一种新型的载药系统。
这种新型载药系统中，药物被封装在光子晶体结构的空腔内，并被运载到靶细胞的位置。
一旦到达位置，光子晶体结构的空腔打开，释放药物。
相对于传统的药物传递方式，因为这种载药系统具有较高的特异性、高载药能力和可控性，从而能够有效降低副作用并提高治疗效果。
光子晶体在可见光治疗中的应用近年来，光子晶体在可见光治疗（PDT）技术中的应用也引起了广泛关注。
PDT是一种基于光敏剂和光的相互作用来进行癌症治疗的方法。
这种方法可以同时发挥“局部性”和“系统性”治疗的作用。
光子晶体在这种方法中的主要作用是加强光的穿透力，这种新型的PDT治疗方法具有更佳的可控性、穿透力和安全性，是一种值得研究和推广的新疗法。
光子晶体传感器研究
光子晶体传感器研究光子晶体传感器是一种基于光学原理的新型传感器，其利用光子晶体的结构设计和优异的光学性能实现对物质浓度、波长、生化变量等参数的测量。
近几年来，光子晶体传感器备受关注，其研究得到了全球科研界的高度重视。
一、光子晶体传感器的原理光子晶体传感器的核心在于光子晶体的结构设计。
光子晶体是一种具有周期性分布的介质，其在空间中具有光子能隙。
当入射光的波长与光子晶体的波长匹配时，光子能隙会发生布拉格反射，进而形成反射光。
光子晶体传感器利用这种原理，将希望测量的物质与特定的介质混合，通过光子晶体的改变反射光的特性来判断物质的浓度、波长或其他参数。
二、光子晶体传感器的优势相对于传统传感器，光子晶体传感器具有许多优势。
首先，基于光学原理的光子晶体传感器无需接触被测物，不会对样品造成影响，在感测一些高粘度、易挥发、易污染的样品时具有明显优势。
其次，光子晶体传感器可以通过改变晶体结构的方式来实现对多项物理、化学参数的测量，实现了一种“单一传感器多参数测量”的功能。
最后，由于其微纳米尺度的构造，光子晶体传感器具有高度灵敏度、快速响应和高分辨率等优势。
三、关于光子晶体传感器研究的最新进展在光子晶体传感器的研究方面，近年来取得了一些重要进展。
一方面，研究人员使用纳米颗粒技术将其应用于体内生物分子的检测，这在生物医学领域具有广泛应用前景。
例如，研究人员针对癌症标志物PSA的检测，利用光子晶体传感器可以实现更高的检测精度和更低的检测限制。
另一方面，光子晶体传感器在污染物检测、环境监测等领域也有着广泛的应用。
许多的研究证明，基于光子晶体传感器实现的挥发性有机物测量，具有很高的检测能力和可重复性。
四、发展前景和瓶颈光子晶体传感器在理论研究和实际应用方面均具有相当的前景。
然而，该技术也存在一些挑战和瓶颈。
其中最主要的瓶颈在于传感器的稳定性和实用性。
由于光子晶体传感器本身是一个高度微纳米化的系统，它的制备和工作条件要求非常高，这在实际应用中带来了一定的挑战。
光子晶体技术在生物医学工程中的应用研究
光子晶体技术在生物医学工程中的应用研究生物医学工程是一门涉及生物、医学和工程学科的交叉学科，新技术的引入和发展为生物医学领域探索开辟了新的领域。
光子晶体是一种由定向排列的微小颗粒或结构所组成的周期性介质，具有壁反射和禁带效应等光学特性，近年来被广泛应用于生物医学工程领域，其中应用最广的是光子晶体生物传感器、光子晶体药物传递系统以及光子晶体仿生材料等方面。
1. 光子晶体生物传感器光子晶体生物传感器是利用光子晶体的特殊结构及其禁带效应，通过观察其光学特性的变化实现生物分子的检测。
该技术具有高度灵敏性、迅速性和可重复性等优点，可以用于检测蛋白质、DNA、RNA、细胞和微生物等。
举例来说，利用光子晶体技术可以快速检测空气中含有的细菌，通过制作一种纳米级别的光子晶体传感器，其表面淀积着一层特殊的材料，可以引起特定的生物分子与晶体相互作用，使晶体光学特性发生变化。
通过光学信号的检测和分析，结合专业的算法模型和数据处理程序，可以识别和量化目标物质的存在程度和种类。
2. 光子晶体药物传递系统光子晶体药物传递系统是通过光子晶体结构和化学反应来促进药物释放和传递。
光子晶体可作为一种多孔结构样品，其中含有许多小孔，药物可以嵌入这些孔中，通过利用光刺激来激活化合物使得药物释放出来。
例如，一些新型光子晶体药物传递系统可以使用可见光和红外光来刺激药物的释放，从而实现药物的定向控制的释放，有效提高药物的疗效同时减少药物的副作用。
3. 光子晶体仿生材料光子晶体也可以被用来合成仿生材料，应用于医学领域中。
例如，通过光子晶体自组装形成的超级结构，可以用来制备新型的生物材料。
利用光子晶体材料的禁带效应，在不同的波长范围内会发生反射和透射，形成独特的光学效应，使这些材料可以在不同的光波长下发挥不同的性能。
光子晶体仿生材料可以用于制备高效率的人工骨骼和生物传感器、可再生的心肌组织和人工毛细血管等生物材料。
同时这样的仿生材料还能够用于制备新型的光学传感器，应用于细胞、生物医学学分析、医学影像等多种领域。
光子晶体光纤传感技术研究及其应用
光子晶体光纤传感技术研究及其应用光子晶体光纤传感技术是一种新的传感技术，近年来得到了广泛的应用和研究。
该技术利用特殊的“光子晶体”结构，将光纤中的光束束缚在其中，使得光纤在传输光信号的同时，还能够实现高灵敏度、快速响应、高精度、高速度、远距离等优点，极大地提高了传感器的性能和应用范围。
本文将详细介绍光子晶体光纤传感技术的原理、性能和应用，以期引起广大读者的关注和研究。
一、光子晶体光纤传感技术的原理光子晶体光纤是一种具有周期性折射率分布的光纤，其折射率呈现出周期性变化。
这种变化使得光子晶体光纤能够将光束束缚在晶体中，从而产生共振效应。
光谱传输及调制、耦合、消光、波导、微操纵、分波器、波长选择性过滤等功能性能极强。
光子晶体光纤传感技术的原理是通过光子晶体结构对光场的调制实现对物理量的测量和控制。
根据传感器中被测量物理量的不同，可以设计不同的光子晶体结构和传感器方案。
例如，利用微纳加工技术，在光子晶体光纤中制造微小的缺陷，可以实现对温度、压力、湿度、光强度等参数的测量。
利用光纤连接器、光栅反射器等元器件，可以实现对光信号的调制和传输。
通过光纤尺寸、光纤材料的选择和光子晶体结构的调制等手段，可以实现对传感器性能的优化和提升。
二、光子晶体光纤传感技术的性能光子晶体光纤传感技术具有以下几个优点：1. 高灵敏度光子晶体光纤传感技术利用光子晶体结构束缚光束，使得光的传输与物理量的变化产生共振，从而提高了光信号的灵敏度。
传统的光纤传感技术只能通过光强的变化来检测被测物理量的变化，灵敏度有限。
而光子晶体光纤传感技术不仅可以探测光强的变化，还能够探测光场的相位、振幅等信息，灵敏度更高。
2. 快速响应光子晶体光纤传感技术利用光子晶体光纤中的高灵敏度共振效应，能够快速响应被测量的变化。
与传统的光纤传感技术相比，光子晶体光纤传感技术响应时间更短、反应更迅速。
3. 高精度光子晶体光纤传感技术可以利用微纳加工技术精确制造光子晶体结构，实现高精度传感器的制造。
基于光子晶体的生物传感技术的发展与应用
基于光子晶体的生物传感技术的发展与应用随着科技的日益发展，生物传感技术在生物医学、环境监测、食品安全等领域中广泛应用，成为了现代社会中不可或缺的一环。
而基于光子晶体的生物传感技术，不仅克服了传统传感器中基质的影响和信号传输的瓶颈，还提供了更为灵敏和可靠的生物分析手段。
本文将介绍光子晶体生物传感技术的基本原理、发展历程以及广泛的应用范围，并展望其在未来的发展趋势。
一、光子晶体生物传感技术的基本原理光子晶体是一种由周期性介质构造而成的光学晶体，具有自然的光学带隙。
在特定波长范围内，该晶体能够反射并衍射出非常明亮的波长，这被称为布拉格衍射。
当外部环境或介质成分发生变化，光子晶体的晶格常数或折射率也会发生变化，从而导致其自然光学带隙的位置发生变化。
因此，通过光子晶体对环境的敏感性，可以将其用作一种生物传感器。
二、光子晶体生物传感技术的发展历程早在1990年代，光子晶体就被用于生物传感领域。
2004年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室研究小组成功应用光子晶体进行了基于抗体的蛋白质测定，并实现了无标记的测定。
之后，利用介电微流控技术与光子晶体结合起来，成功实现了基于色散补偿的实时传感检测。
近年来，随着光子晶体技术的不断进步以及生物学、物理学、化学等多学科交叉的发展，光子晶体传感技术也得到了广泛的应用和深入的研究。
三、光子晶体生物传感技术的应用（1）生物医学领域光子晶体生物传感技术在生物医学领域中有着广泛的应用前景。
例如，可应用于药物筛选、分子诊断、癌症诊断等。
针对这些应用场景，光子晶体传感器需要满足高灵敏度、高选择性、可靠性高等要求。
目前已有多篇研究在这些方面取得了一定的进展。
（2）环境监测领域由于光子晶体能够对环境中某些特定分子作出高灵敏度的响应，因此该技术也被广泛应用在了环境监测领域。
例如，可以用于有机污染物的检测、空气质量的测试、水质监测等场景。
通过多样的光子晶体传感器设计，可实现对多种环境因素的有效检测和监控。
光子晶体技术在传感中的应用研究
光子晶体技术在传感中的应用研究近年来，随着科技的不断进步和人们对高精度、高灵敏度的传感器需求日益增长，光子晶体技术因其独特的光学性质而受到了广泛关注。
光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，它可以通过周期性的折射率变化来产生光子禁带，从而在光学上表现出极高的选择性和灵敏度。
本文将探讨光子晶体技术在传感中的应用研究。
一、基于光子晶体的化学传感光子晶体材料本身因其周期性结构和禁带带宽的特点，使其具有优秀的传感性能。
这使得在基于光子晶体材料制备的传感器中，光子晶体材料扮演着重要的角色。
一些研究表明，光子晶体材料能够检测到非常低浓度的化学物质，从而可以实现高灵敏的化学传感。
在光子晶体中，禁带随着环境中折射率的变化而有所改变，因此可以通过监测禁带随温度和浓度变化的方式来实现对化学物质的检测。
二、基于光子晶体的生物传感除了在化学传感领域有不错的应用，基于光子晶体技术的生物传感也是另一个重要的应用领域。
光子晶体材料的洁净表面和高选择性的传感性能使其成为生物传感器领域的热门研究方向。
在基于光子晶体的生物传感器中，生物分子与光子晶体材料表面的功能化学键相结合，从而实现对特定分子的检测。
基于这种机制，光子晶体技术的传感器可以应用于各种生物医学需求，如抗生素检测、细胞检测等等。
三、基于光子晶体的光学智能传感在光子晶体技术的基础上，新兴的光学智能传感技术体系中，光子晶体技术已经被广泛地应用。
这种传感系统不仅可以通过光子晶体的禁带随温度和浓度变化来实现物联网设备的实时感测，还可突出其跨学科的智能化应用优势。
光学智能传感器可以基于微纳加工技术，利用光子晶体技术实现设备内部的通讯、计算、存储和传感等功能，在各种智能设备和应用场景中得到广泛应用。
总之，随着光子晶体技术的发展和应用研究的不断深入，它在传感领域所表现出的异常优异性质已经得到了广泛认可。
基于光子晶体的传感器能够灵敏地感测多种化学和生物的参量，并且为代表未来的微型和智能传感器的发展提供了重要的基础。
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光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展段廷蕊 李海华 孟子晖3 刘烽 都明君(北京理工大学化工环境学院 北京 100081)摘 要 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。
关键词 光子晶体 水凝胶 化学传感器 生物传感器 分子识别Application of Photonic Crystals in Chemical and Bio2sensorsDuan T ingrui,Li Haihua,Meng Z ihui3,Liu Feng,Du Mingjun(School of Chemical&Environmental Engineering,Beijing Institute of T echnology,Beijing100081)Abstract Photonic crystals are periodical materials which are made by periodically arrangement of m ore than tw o materials with different reflective index.Photonic crystals have periodical and repeated unit structure with nanometer scale,and its optical properties can be tuned by reas onably designing of the structure units.Photonic crystals have been applied notonly in clinical diagnosis,drug delivery,optical s witches,ion probe,but als o in biosens ors and chemical sens ors.Here thepreparation methods and applications in sens ors field of photonic crystals are summarized.K eyw ords Photonic crystals,Hydrogel,Chemical sens or,Biosens ors,M olecular recognition1 光子晶体的概念及其结构特性 光子晶体(photonic crystals)是1987年Y ablonovitch和John等在研究自辐射和光子局域化时分别提出的。
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。
电磁波在这种具有周期性结构的材料中传播时会受到由电介质构成的周期势场的调制,从而形成类似于半导体能带结构的光子能带(photonic band)。
光子能带之间可能会出现带隙,即光子带隙(photonic bandgap,简称P BG)。
具有P BG的周期性介电结构即光子晶体,或称作光子带隙材料,也有人把它叫做电磁晶体。
光子晶体中,周期性排列的重复结构单元的尺度是光波长量级,根据重复结构循环的维数,可分为一维、二维和三维光子晶体(图1)。
就像半导体中原子点阵可以控制电子传播一样,光子晶体中不同折光指数的周期性排列结构可以控制一定频率的光的传播。
光子带隙或禁带是指一个频率范围,频率在此范围的电磁波不能在光子晶体里传播,而频率位于导带的电磁波则能在光子晶体里几乎无损地传播。
带隙的宽度和位置与光子晶体的折光指数、周期排列的结构尺寸及排列规则都有关系。
但与电子相比,光子具有更多的信息容量、更高的效率、更快的响应速度以及更低的能量损耗。
光子晶体作为一种新型的信息传导材料,已成为学术界的一个研究热点[1～5],王玉莲、顾忠泽等[6～8]发表过相关的综述和文章,宋延林等[9,10]近年来报道的具有荧光特性的光子晶体在光学器件领域显示了良好的应用前景。
国家自然科学基金项目(20775007)和863计划项目(2007AA10Z433)资助2008206230收稿,2008209229接受图1 光子晶体的周期性结构Fig.1 Periodically structure of Photonic Crystals 2 光子晶体的制备方法 光子晶体的制备方法有许多,早期的光子晶体多用半导体制造技术来制备。
近年来随着智能光子晶体凝胶的兴起,各种自组装技术和模板法被广为应用。
李燕等在2006年对光子晶体的制备方法进行了较详尽的综述[11]。
211 精密机械加工法精密机械加工法是早期研究光子晶体过程中发展起来的方法,通过在基体材料上机械钻孔,利用空气介质与基体材料的折光指数差来获得光子晶体[12]。
但这种方法只能加工微波波段的光子晶体,要制备折射光从近红外到可见光波段的光子晶体必须寻求其它方法。
212 半导体制造技术制造亚毫米和远红外波段的光子晶体,需要采用激光光刻、电子束刻蚀、反应离子束刻蚀等先进的半导体制备技术。
其中,逐层叠加(Layer 2by 2Layer ,LBL )方法被广泛地应用于光子晶体的加工[13]。
但是,半导体制造技术在工艺上过于复杂,受目前刻蚀技术和工艺的局限,制作更短波长的三维光子晶体以及向晶体中引入缺陷态等方面仍存在很大的困难。
213 胶体自组装法近红外到可见光波段的三维光子晶体的制备技术是光子晶体研究中的难点之一。
目前,构造三维光子晶体唯一简单可行的方法是利用单分散的胶体颗粒悬浮液的自组装特性来制备,称为聚合胶体晶体阵列(polymerized crystalline colloidal arrays ,PCC A )。
由于胶体晶体的晶格尺寸在亚微米数量级,故可以生长出近红外到可见光波段的三维光子晶体。
胶体的自组装过程可发生于重力场、离心场和电场中,也可利用模板法和颗粒连续对流方法进行。
重力场下的胶体自组装过程模仿了自然界中蛋白石(opal )的形成过程,利用单分散胶体颗粒悬浮液溶剂的挥发,使胶体颗粒在重力场下自组装生长到基片上,形成光子晶体[14,15]。
该法制备工艺简单,样品厚度可控,对实验装置无特殊要求,是目前光子晶体研究领域比较广泛采用的方法;但其缺点是:制备周期长,一般需要数周以上;在重力场下悬浮液中颗粒的沉降包含了许多复杂的过程,如重力沉降、扩散、晶化等过程,容易形成多晶区域。
在重力场下,胶体颗粒过小或过大时,自组装过程较难发生。
胶体颗粒过小(<300nm )时,需沉降数周,甚至因重力沉降与布朗运动相抵消而导致无法沉积;胶体球过大(>550nm ),沉降速度太快,难以获得有序排列。
为此,可以利用带电胶体颗粒在溶液中的电泳现象来控制这些颗粒沉降的速度[16～18],该方法利用外加电场的大小和方向来为带电的胶体颗粒加速(小颗粒)或减速(大颗粒),使自组装过程在数分钟内完成。
在离心力场中,胶体颗粒也会加速沉降,有利于快速生长出尺寸较大的光子晶体。
利用离心场进行自组装的最大优点是样品制备周期短,只需数小时就可以得到有序密堆积的样品[19]。
但是,在离心力作用下,颗粒被强制快速堆积,每个颗粒所处的位置不一定是位能最小处,从而影响了材料的长程有序性,因此离心力的大小成为了决定光子晶体质量的关键。
运用模板自组装法可得到具有反蛋白石结构的光子晶体。
在模板法中,二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等胶体小球作为硬模板可排列成胶体晶体,而一些生物骨架、病毒以及植物组分作为软模板也可在三维结构中形成规则的周期性结构。
模板结构通过氢氟酸蚀刻,煅烧和高温分解的方法除去后,便在材料的骨架上产生规则的孔隙结构。
模板法制备方法简单、成本低廉,故受到普遍关注[20],也是制备生物化学传感器常用的方法。
Stein 等最近就这一领域发表了一篇综述[21],概括了如何控制反蛋白石的内部结构和外部形态、如何通过化学组成的调控使其功能化以及如何将其整合入各种应用系统等。
在需要精确控制光子晶体样品厚度时,可采用垂直沉降又称颗粒连续对流方法进行胶体的自组装[22,23]。
该法是胶体颗粒被浸渍于垂直浸入单分散胶体悬浮液的基片上,通过表面张力进行自组装,它可通过对胶体微球粒径和胶体溶液浓度的调节来精确控制自组装样品的厚度。
顾忠泽等[24]采用电脑程序控制基片提拉速度,使制备时间大大缩短。
尹亚东等[25]采用倒金字塔或V 形模具来进行胶体的排列,制备出了大体积的1002导向的胶体晶体。
宋延林等[26]发展了一些新颖的光子晶体制备方法,他们用苯乙烯2甲基丙烯酸甲酯2丙烯酸共聚物胶体颗粒做模版,制备了开壳结构的具有聚酰亚胺结构的反蛋白石光子晶体(I OPC ),它具有卓越的热和机械稳定性,即使在400℃高温下处理2h ,仍能保持原有的光子带隙和超亲水性,在绝热材料、储能及航天领域具有良好的应用前景。
宋延林等[27]还报道了一种可精细调控胶体晶体薄膜可湿性的技术,胶体晶体膜由苯乙烯2丙烯酸丁酯2丙烯酸共聚物两性乳胶小球组装而成,该膜的可湿性转化温度可通过改变丙烯酸丁酯Π苯乙烯的比例来精确控制,通过调控可使胶体晶体膜从超亲水性(水接触角C A ,0°)转化为超疏水性(水接触角C A ,15015°)。
他们[28]还通过电聚合法制备出聚吡咯反蛋白石,其抑制频带、传导性和可湿性可通过电化学氧化还原作用进行可逆的调整;他们[29]还制备了具有聚苯乙烯硬核和聚甲基丙烯酸甲酯Π聚丙烯酸软壳的单分散胶体小球,这种小球通过简单的组装便可获得具有面心立方结构和良好机械强度的胶体晶体膜,通过控制组装时所用小球的粒径,可使所得的薄膜呈现明亮而且单一的颜色。
3 光子晶体应用于化学及生物传感器的研究 光子晶体的应用比较广泛,在制作光子器件方面有巨大潜力。
近年来,化学及生物传感器技术发展的主要方向是“裸眼检测技术”,光子晶体的独特的孔结构和光学性能为化学和生物传感器裸眼检测技术提供了新的可能。
光子晶体传感器主要利用了光子晶体能够产生布拉格衍射的性质,光子晶体的衍射波长服从布拉格方程:mλ=2nd hkl sin θ,其中m 是衍射级数,λ是发生衍射的光的波长,n 是三维阵列的平均折光指数,d hkl 是(hkl )平面的晶面间距,θ是入射光与(hkl )面间夹角。