化学传感和生物传感的光子晶体

1、化学传感和生物传感的光子晶体化学传感和生物传感的光子晶体 分析分析16 李巧荣李巧荣 2016.11.03 1. 天然天然的和合成的光子的和合成的光子结构结构 2. 光子晶体光子晶体 基本原理基本原理3. 光子光子晶体中晶体中的反射的反射4. 物理物理和化学和化学传感方面传感方面 5. 光子光子晶体传感器的晶体传感器的类型类型 6. 响应性响应性光子光子晶体晶体 7. 光子晶体在生物传感方面的应用光子晶体在生物传感方面的应用8. 结论结论与展望与展望主要内容主要内容 光子晶体是一种人工周期性介质结构，由光子晶体是一种人工周期性介质结构，由不同折射率材料周期性的交替排列而成，这种不同折射率材料周

2、期性的交替排列而成，这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射射1. 天然天然的和合成的光子的和合成的光子结构结构 图图1.自然界的光子晶体自然界的光子晶体 图图2. 光子晶体的一维、二维、三维结构光子晶体的一维、二维、三维结构2. 光子晶体基本原理光子晶体基本原理 3. 光子光子晶体中晶体中的反射的反射 布拉格方程：布拉格方程：2d sinn 图图4.光子晶体的反射光子晶体的反射 图图5.膨胀聚合物的光子晶体传感器响应膨胀聚合物的光子晶体传感器响应 4.物理物理和化学和

3、化学传感传感 a) 纳米芯片谐振器或波导纳米芯片谐振器或波导 b) 有介孔结构的布拉格光子晶体有介孔结构的布拉格光子晶体c) 胶体模板三维光子晶体胶体模板三维光子晶体5. 光子光子晶体传感器的晶体传感器的类型类型 6.1 机械性响应光子晶体机械性响应光子晶体6. 响应性响应性光子光子晶体晶体 图图6. 弹性形变的胶体弹性形变的胶体复合膜复合膜图图7.结构颜色变化的胶体晶体薄结构颜色变化的胶体晶体薄膜覆盖橡胶表膜覆盖橡胶表 6.2 热响应光子晶体热响应光子晶体图图8 .交交联联PNIPAM纳米粒子的反射热响应纳米粒子的反射热响应 6.3 光响应光子晶体光响应光子晶体 通过光诱导的光化学反应通过光

4、诱导的光化学反应,改变响应性光子晶体的折射系数改变响应性光子晶体的折射系数,可引起光子带隙的可逆变化。可引起光子带隙的可逆变化。 图图9.PS微球紫外光照前后的变化示意图微球紫外光照前后的变化示意图图图10.紫外光照前后紫外光照前后PS光子晶光子晶体薄膜的红外光谱体薄膜的红外光谱 6.4 电响应光子晶体电响应光子晶体图图10.光子晶体薄膜在不同电压光子晶体薄膜在不同电压 下所显示的颜下所显示的颜色色6.5 磁响应光子晶体磁响应光子晶体随着磁场强度的胶体磁铁矿纳米簇的颜色变化（从左至右）。随着磁场强度的胶体磁铁矿纳米簇的颜色变化（从左至右）。图图11.光子晶体传感器在不同葡萄糖浓度光子晶体传感器

5、在不同葡萄糖浓度下呈现的结构色下呈现的结构色7. 光子晶体在生物传感方面的应用光子晶体在生物传感方面的应用 绿绿黄黄红红图图12.12.葡萄糖响应机理葡萄糖响应机理( 左左) 及随葡萄糖浓度增加光子晶体的衍射峰红移及随葡萄糖浓度增加光子晶体的衍射峰红移( 右右) 图图13.由疏水性和亲水性共聚物层自组装制备光子由疏水性和亲水性共聚物层自组装制备光子凝胶薄膜的原理示意图。凝胶薄膜的原理示意图。 图图15.DNA 序列检测序列检测 8. 结论结论与展望与展望 光子晶体独特的光子禁带现象促进了光子晶体生物传感器的光子晶体独特的光子禁带现象促进了光子晶体生物传感器的发展发展,光子晶体微腔、光子晶体波导

6、、光子晶体光纤均实现了在生光子晶体微腔、光子晶体波导、光子晶体光纤均实现了在生物传感器领域的应用。近年来物传感器领域的应用。近年来,“裸眼检测裸眼检测”已成为现代化学及生已成为现代化学及生物传感器的发展趋势物传感器的发展趋势,将凝胶光子晶体与分子印迹技术结合起来使将凝胶光子晶体与分子印迹技术结合起来使得制备得制备“裸眼检测裸眼检测”的光子晶体分子印迹传感器成为可能的光子晶体分子印迹传感器成为可能,不仅促不仅促进了光子晶体生物传感器的应用进了光子晶体生物传感器的应用,而且丰富了分子印迹技术的检测而且丰富了分子印迹技术的检测手段。因此在未来的一段时间内光子晶体将成为传感器技术领域手段。因此在未来的一段时间内光子晶体将成为传感器技术领域的研究热点。目前光子晶体传感器需要突破的难点有的研究热点。目前光子晶体传感器需要突破的难点有:(1)如何提高如何提高不同尺寸单分散颗粒制备的可重复性不同尺寸单分散颗粒制备的可重复性,制备高质量无缺陷的光子晶制备高质量无缺陷的光子晶体模板体模板,提高凝胶光子晶体的质量提高凝胶光子晶体的质量;(2)如何提高光子晶体传感器的如何提高光子晶体传感器的