近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員李越課題組在高衍射強(qiáng)度二維(2D)有序陣列/智能水凝膠復(fù)合體系可視化傳感特性研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)系列研究成果在J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3659和J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 2117上發(fā)表。
2D光子晶體由于制備簡(jiǎn)單、迅速等優(yōu)點(diǎn)，將其與智能水凝膠復(fù)合，可用作可視化傳感材料。如果探測(cè)目標(biāo)分子選擇性刺激水凝膠，水凝膠薄膜則會(huì)溶脹或收縮，從而導(dǎo)致附著其上的2D光子晶體晶格常數(shù)改變，從而引起其表觀顏色和衍射光譜發(fā)生相應(yīng)的變化。通過顏色的變化實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)分子的可視化探測(cè)，該方法具有重要的應(yīng)用前景。目前用到的2D光子晶體主要是2D聚苯乙烯（PS）膠體微球陣列，但其衍射信號(hào)非常弱，致使在衍射光譜的測(cè)量過程需借助高反射鏡來增加衍射光強(qiáng)度才能實(shí)現(xiàn)光學(xué)表征，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了雙面負(fù)載2D PS微球陣列的殼聚糖（CS）水凝膠膜制備方法，研究了其對(duì)pH的可視化傳感特性。雙面負(fù)載2D PS微球陣列水凝膠復(fù)合體系，由于多重光衍射的原因，相對(duì)于單面負(fù)載2D PS微球陣列水凝膠復(fù)合體系來說，其衍射強(qiáng)度提高了1倍，但其光衍射強(qiáng)度仍然較低，衍射測(cè)量仍需借助高反射鏡。在這個(gè)工作的基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了負(fù)載2D Au納米球陣列聚丙烯酸（PAAc）水凝膠復(fù)合膜的制備方法，研究發(fā)現(xiàn)該2D Au納米球陣列/PAAc膜復(fù)合薄膜顯示出絢麗的顏色以及超強(qiáng)的衍射信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn)該超強(qiáng)的光學(xué)衍射信號(hào)來源于Au納米球大的散射截面以及Au納米球陣列的周期性。2D Au納米球陣列/PAAc膜復(fù)合薄膜在石英基質(zhì)上的光衍射強(qiáng)度，大約是2D PS納米球陣列/PAAc膜復(fù)合物在高反射鋁鏡上光衍射強(qiáng)度的88倍。該方法成功解決了普通2D光子晶體/水凝膠薄膜用作可視化傳感器時(shí)，衍射強(qiáng)度低，需借助高反射鏡的問題。超高光衍射強(qiáng)度的特性使2D Au納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合體系在可視化傳感方面具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，此法具有普適性，適用于經(jīng)不同識(shí)別劑修飾的水凝膜負(fù)載上2D Au納米球陣列實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)物質(zhì)的可視化探測(cè)。
上述研究得到了“973”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院科技創(chuàng)新“交叉與合作團(tuán)隊(duì)”等項(xiàng)目的資助。
圖：（a）2D Au納米球陣列的SEM圖，插圖為其高倍圖；（b）水凝膠膜負(fù)載2D Au納米球陣列的SEM圖；（c）2D Au納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合物（I）以及2D PS納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合物（II）同時(shí)在水中的光學(xué)照片；（d）衍射光譜對(duì)比圖：I. 2D Au納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合物置于透明石英基質(zhì)上的衍射光譜圖；II. 2D PS納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合物置于鋁鏡上的衍射光譜圖，插圖為II曲線的放大圖；（e）2D Au納米球陣列/水凝膠膜復(fù)合物在不同pH值所對(duì)應(yīng)的光學(xué)照片。圖（a）和圖（b）的標(biāo)尺為2 μm，圖（c）的標(biāo)尺為1 cm，圖（a）插圖的標(biāo)尺為200 nm。
