化學(xué)傳感和生物傳感的光子晶體

1、化學(xué)傳感和生物傳感的光子晶體化學(xué)傳感和生物傳感的光子晶體 分析分析16 李巧榮李巧榮 2016.11.03 1. 天然天然的和合成的光子的和合成的光子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2. 光子晶體光子晶體 基本原理基本原理3. 光子光子晶體中晶體中的反射的反射4. 物理物理和化學(xué)和化學(xué)傳感方面?zhèn)鞲蟹矫?5. 光子光子晶體傳感器的晶體傳感器的類型類型 6. 響應(yīng)性響應(yīng)性光子光子晶體晶體 7. 光子晶體在生物傳感方面的應(yīng)用光子晶體在生物傳感方面的應(yīng)用8. 結(jié)論結(jié)論與展望與展望主要內(nèi)容主要內(nèi)容 光子晶體是一種人工周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)，由光子晶體是一種人工周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)，由不同折射率材料周期性的交替排列而成，這種不同折射率材料周

2、期性的交替排列而成，這種周期性結(jié)構(gòu)可以限制光在其中的傳輸，讓某些周期性結(jié)構(gòu)可以限制光在其中的傳輸，讓某些波長(zhǎng)的光通過，而讓另一些波長(zhǎng)的光完全被反波長(zhǎng)的光通過，而讓另一些波長(zhǎng)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結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 圖圖1.自然界的光子晶體自然界的光子晶體 圖圖2. 光子晶體的一維、二維、三維結(jié)構(gòu)光子晶體的一維、二維、三維結(jié)構(gòu)2. 光子晶體基本原理光子晶體基本原理 3. 光子光子晶體中晶體中的反射的反射 布拉格方程：布拉格方程：2d sinn 圖圖4.光子晶體的反射光子晶體的反射 圖圖5.膨脹聚合物的光子晶體傳感器響應(yīng)膨脹聚合物的光子晶體傳感器響應(yīng) 4.物理物理和化學(xué)和

3、化學(xué)傳感傳感 a) 納米芯片諧振器或波導(dǎo)納米芯片諧振器或波導(dǎo) b) 有介孔結(jié)構(gòu)的布拉格光子晶體有介孔結(jié)構(gòu)的布拉格光子晶體c) 膠體模板三維光子晶體膠體模板三維光子晶體5. 光子光子晶體傳感器的晶體傳感器的類型類型 6.1 機(jī)械性響應(yīng)光子晶體機(jī)械性響應(yīng)光子晶體6. 響應(yīng)性響應(yīng)性光子光子晶體晶體 圖圖6. 彈性形變的膠體彈性形變的膠體復(fù)合膜復(fù)合膜圖圖7.結(jié)構(gòu)顏色變化的膠體晶體薄結(jié)構(gòu)顏色變化的膠體晶體薄膜覆蓋橡膠表膜覆蓋橡膠表 6.2 熱響應(yīng)光子晶體熱響應(yīng)光子晶體圖圖8 .交交聯(lián)聯(lián)PNIPAM納米粒子的反射熱響應(yīng)納米粒子的反射熱響應(yīng) 6.3 光響應(yīng)光子晶體光響應(yīng)光子晶體 通過光誘導(dǎo)的光化學(xué)反應(yīng)通過光

4、誘導(dǎo)的光化學(xué)反應(yīng),改變響應(yīng)性光子晶體的折射系數(shù)改變響應(yīng)性光子晶體的折射系數(shù),可引起光子帶隙的可逆變化?？梢鸸庾訋兜目赡孀兓?。 圖圖9.PS微球紫外光照前后的變化示意圖微球紫外光照前后的變化示意圖圖圖10.紫外光照前后紫外光照前后PS光子晶光子晶體薄膜的紅外光譜體薄膜的紅外光譜 6.4 電響應(yīng)光子晶體電響應(yīng)光子晶體圖圖10.光子晶體薄膜在不同電壓光子晶體薄膜在不同電壓 下所顯示的顏下所顯示的顏色色6.5 磁響應(yīng)光子晶體磁響應(yīng)光子晶體隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的膠體磁鐵礦納米簇的顏色變化（從左至右）。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的膠體磁鐵礦納米簇的顏色變化（從左至右）。圖圖11.光子晶體傳感器在不同葡萄糖濃度光子晶體傳感器

5、在不同葡萄糖濃度下呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)色下呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)色7. 光子晶體在生物傳感方面的應(yīng)用光子晶體在生物傳感方面的應(yīng)用 綠綠黃黃紅紅圖圖12.12.葡萄糖響應(yīng)機(jī)理葡萄糖響應(yīng)機(jī)理( 左左) 及隨葡萄糖濃度增加光子晶體的衍射峰紅移及隨葡萄糖濃度增加光子晶體的衍射峰紅移( 右右) 圖圖13.由疏水性和親水性共聚物層自組裝制備光子由疏水性和親水性共聚物層自組裝制備光子凝膠薄膜的原理示意圖。凝膠薄膜的原理示意圖。 圖圖15.DNA 序列檢測(cè)序列檢測(cè) 8. 結(jié)論結(jié)論與展望與展望 光子晶體獨(dú)特的光子禁帶現(xiàn)象促進(jìn)了光子晶體生物傳感器的光子晶體獨(dú)特的光子禁帶現(xiàn)象促進(jìn)了光子晶體生物傳感器的發(fā)展發(fā)展,光子晶體微腔、光子晶體波導(dǎo)

6、、光子晶體光纖均實(shí)現(xiàn)了在生光子晶體微腔、光子晶體波導(dǎo)、光子晶體光纖均實(shí)現(xiàn)了在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來,“裸眼檢測(cè)裸眼檢測(cè)”已成為現(xiàn)代化學(xué)及生已成為現(xiàn)代化學(xué)及生物傳感器的發(fā)展趨勢(shì)物傳感器的發(fā)展趨勢(shì),將凝膠光子晶體與分子印跡技術(shù)結(jié)合起來使將凝膠光子晶體與分子印跡技術(shù)結(jié)合起來使得制備得制備“裸眼檢測(cè)裸眼檢測(cè)”的光子晶體分子印跡傳感器成為可能的光子晶體分子印跡傳感器成為可能,不僅促不僅促進(jìn)了光子晶體生物傳感器的應(yīng)用進(jìn)了光子晶體生物傳感器的應(yīng)用,而且豐富了分子印跡技術(shù)的檢測(cè)而且豐富了分子印跡技術(shù)的檢測(cè)手段。因此在未來的一段時(shí)間內(nèi)光子晶體將成為傳感器技術(shù)領(lǐng)域手段。因此在未來的一段時(shí)間內(nèi)光子晶體將成為傳感器技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前光子晶體傳感器需要突破的難點(diǎn)有的研究熱點(diǎn)。目前光子晶體傳感器需要突破的難點(diǎn)有:(1)如何提高如何提高不同尺寸單分散顆粒制備的可重復(fù)性不同尺寸單分散顆粒制備的可重復(fù)性,制備高質(zhì)量無缺陷的光子晶制備高質(zhì)量無缺陷的光子晶體模板體模板,提高凝膠光子晶體的質(zhì)量提高凝膠光子晶體的質(zhì)量;(2)如何提高光子晶體傳感器的如何提高光子晶體傳感器的