光子晶体柱快速制备新方法

Photonic crystals (PCs) are a new type of materials, possessing regular pore structures and thus being potentially unique media for ultrahigh performance separation. However, such attracting materials have been hampered in the separation field due to the difficulty to prepare a PC-filled column. To remove the problem, this project is proposed and will be focused on the establishment of an easy and fast method to prepare different types of new PC columns using uniform, gradient and/or material-variable particles. A new strategy and route map have been worked out and validated by some pre-experiments, revealing not only the executability of the project but also possibility to have new breakthroughs. This project would thus be significant in both respects of theoretical study and practical applications.

光子晶体含有规则的纳米级通孔结构，可能成为一种超高效的分离新介质，但光子晶体柱制备十分困难，其发展因此严重受阻。本项目拟就光子晶体制备问题展开研究，发展一种基于新策略的简便、快速的新方法，用不同材质的亚微米单分散颗粒材料来制备粒径均一或具有梯度结构的新型光子晶体柱。为此，已制定了具体的实施路线，并预研证明了它的可操作性。本项目如获成功，将会推进光子晶体在分离分析领域中的应用，并为超快速分离方法的发展开辟新的通路，故具有重要的理论研究意义和实用价值。

光子晶体是一种含有规则通孔结构的新型材料，预测可以成为一种超高效的分离新介质，但因制备困难，其分离分析方法和应用研究发展缓慢。本项目对光子晶体柱的制备问题展开了系统的专题研究，从发展单分散颗粒制备方法开始，通过挖掘颗粒自组装新原理，构建了简便、快速和可控的颗粒组装新方法，建立了能用于不同形式光子晶体柱制备的实用新方法。在颗粒制备方面，建立了1种可高重现合成单分散二氧化硅颗粒的种子再生长法，1种时间控制密度梯度离心的颗粒分级及均匀化方法，1种针对多分散颗粒完全分级匀化、可重复操作的降沉诱导组装分级法，一种基于聚多巴胺的厚度可控的稳定涂层制备和进一步功能化方法。在光子晶体制备方面，创建重力沉降诱导自组装方法，能将多分散颗粒自组装成高质量光子晶体，其具有快速的分散－组装可逆特点，能用于光子晶体柱快速制备，可作纳米书写和绘画，为光子晶体的应用打开了方便之门；建立了热加速、仿生加速蒸发诱导自组装法，及基于胶塞和光子晶体塞的电驱动组装方法，共2类４种，能用于均匀、梯度和复杂长光子晶体柱的快速制备，经水热或化学键合固定，可耐受至少2000 V/cm的强电场。设计搭建了2套用于光子晶体柱分离分析研究的新装置，建立了微米或pL级的接触式溶解/扩散进样（DCI）新方法，构建了DCI-光子晶体柱超快分离方法，能在25 s内基线分离7种氨基酸，可高效分离其他物质如微量植物激素、手性化合物、DNA、多肽等。已发表期刊研究论文10篇，申请中国发明专利3件（已授权1件），项目前申请执行期间授权1件，毕业博士研究生3名。本项目研究突破了比较多的学术和技术障碍，构建了光子晶体和光子晶体柱制备新方法，为解决分离科学目前所面临的严峻挑战，开辟了新的途径，能促进光子晶体在分离分析中应用研究的发展。