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16李巧荣2016.11.031.天然的和合成的光子结构2.光子晶体基本原理3.光子晶体中的反射4.物理和化学传感方面5.光子晶体传感器的类型6.响应性光子晶体7.光子晶体在生物传感方面的应用8.结论与展望主要内容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射1.天然的和合成的光子结构图1.自然界的光子晶体图2.光子晶体的一维、二维、三维结构2.光子晶体基本原理3.光子晶体中的反射布拉格方程：2dsinθ＝nλ图4.光子晶体的反射图5.膨胀聚合物的光子晶体传感器响应4.物理和化学传感a)纳米芯片谐振器或波导b)有介孔结构的布拉格光子晶体c)胶体模板三维光子晶体5.光子晶体传感器的类型6.1机械性响应光子晶体6.响应性光子晶体图6.弹性形变的胶体复合膜图7.结构颜色变化的胶体晶体薄膜覆盖橡胶表6.2热响应光子晶体图8.交联PNIPAM纳米粒子的反射热响应6.3光响应光子晶体通过光诱导的光化学反应,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。图9.PS微球紫外光照前后的变化示意图．图10.紫外光照前后PS光子晶体薄膜的红外光谱6.4电响应光子晶体图10.光子晶体薄膜在不同电压下所显示的颜色6.5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）。图11.光子晶体传感器在不同葡萄糖浓度下呈现的结构色7.光子晶体在生物传感方面的应用绿黄红图12.葡萄糖响应机理(左)及随葡萄糖浓度增加光子晶体的衍射峰红移(右)图13.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。图15.DNA序列检测8.结论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发展,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,“裸眼检测”已成为现代化学及生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得制备“裸眼检测”的光子晶体分子印迹传感器成为可能,不仅促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:(1)如何提高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体模板,提高凝胶光子晶体的质量;(2)如何提高光子晶体传感器的重复使用性、灵敏度、选择性、抗干扰和快速响应能力;(3)有待制备种类更多的光子晶体生物传感器以扩大其应用面。