炸药快速检测用纳米胶体阵列的设计与制备

The structural color of photonic crystal (PhC) will change in response to stimulus, this property makes PhC an optimal sensor for the fast screening by naked-eye. However, traditional 3D-PhC still have problems in practicability: 1) complicated preparation process, preparation of an inverse opal PhC hydrogel might take 1-2 weeks; 2)slow mass transfer even for a 2D-PhC assembled from colloidal; 3) poor selectivity even for a non covalently imprinted PhC. To address the above problems, we will prepare molecularly imprinted hollow colloidal (MIHC), and assemble them into 2D-PhC; or implant a magnetic core inside MIHC and then assemble them under magnetic field. We will improve the selectivity of PhC by model recognition. By above researches we can make a novel molecularly imprinted PhC which can fast screen explosives by naked-eye.

光子晶体（Photonic crystal, PhC）结构色能随外界刺激而改变的特性使其适用于裸眼检测用生化传感器。但具有三维(3D)结构的PhC在实用性上仍有以下问题：1）制备过程复杂，3D反蛋白石结构的制备过程需要1-2周；3）传质慢，即使由胶体小球组装成的单层2D结构，达到吸附平衡的时间仍较长；3）选择性差，常同PhC相结合的非共价型分子印迹聚合物对模板的结构类似物也可识别。针对以上科学问题，我们拟研究具有良好传质性能的空心分子印迹胶体小球的制备技术；并利用其组装成2D-PhC阵列。或向空心球中植入磁核再利用磁场实现快速自组装。我们还拟通过模式识别技术来提高分子印迹PhC的选择性。通过以上研究我们将解决PhC在快速制备、快速响应、及选择性等方面存在的一些技术难点，为制备出实用的炸药快速筛查用裸眼检测传感器奠定基础。

针对传统 3D 光子晶体制备手段繁琐，传质慢，缺乏特异性等缺陷，为实现对爆炸物进行快速、准确的筛查，本课题在光子晶体胶体阵列检测爆炸物方面开展了系统的研究，取得了以下方面的成果：1）研制了以TNT为模板的分子印迹光子晶体胶体阵列，该材料制备简便，对TNT的检测限低至 1.03μg，响应时间为3min，并对TNT的结构类似物，如2,4-DNT，2,6-DNT，1,3-二硝基苯，PNT，ONT，对硝基酚，对硝基苯胺，3-氨基酚，3-硝基苯胺及TNP等，显示出极好的选择性。2）使用胶带固定的方式，得到了具有良好机械强度的光子晶体传感器膜。MIPC对于20mM的TNT甲醇-水（3/2，v/v，KDP30mM，pH7）所产生的衍射峰红移量为84nm，同时伴随着结构色由绿色，经黄绿色，黄色，橘色直至红色的颜色跨度，且该颜色变化依赖于TNT的浓度；3）利用模式识别方法，得到了可将TNT，2,4-DNT，2,6-DNT及4-MNT分属于不同区域的响应识别模式，同时实现对目标物的定性及半定量测量。虽然目前该计算模型还仅能作为概念验证，但其对发展新颖的应用于危险品可视化检测的传感系统及材料提供了理论依据。4）对一维全息光子晶体技术进行了初步探索，搭建了相关光学平台，为下一步开展全息光子晶体的研究奠定了基础；5）发表 SCI 论文 15篇；培养博士 3 名，硕士 6 名，建立了和国际同行的合作关系。