化学所制备光子晶体微芯片实现多种金属离子的识别与检测

　　光子晶体材料因其对光子传播的调控性能而被称为“光半导体”，其研究和应用受到广泛关注。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室的科研人员针对光子晶体的制备和应用开展了系统研究 (Acc. Chem. Res. 2011, 44, 405-415; J. Mater. Chem. 2011, 21, 14113-14126)。

　　他们通过结构设计，制备了具有硬核-软壳结构的乳胶粒子，进而组装了具有特殊紧密堆积结构的高强度光子晶体(Macromol. Chem. Phys., 2006, 6, 596-604)。利用这种具有特殊乳胶粒子结构的光子晶体实现了在高灵敏度检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7258-7262;J. Mater. Chem. 2012, 22, 21405-21411)、光信息存储(Adv. Mater. 2010, 22, 1237-1241)等方面的应用。通过对乳胶粒子形貌的控制，实现了对界面浸润性的调控(Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4436-4441)，并基于界面性质的调制制备了高质量超窄带隙的光子晶体(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17053-17058;NPG Asia Mater. 2012, 4, e21)。进一步发展了通过打印制备光子晶体及器件的方法(J. Mater. Chem. C. 2013，DOI: 10.1039/C3TC30728J;Lab Chip 2012, 12, 3089-3095;J. Mater. Chem.2012, 22, 21405-21411)。

　　在以上研究基础上，他们利用基材浸润性的差异，设计制备了一种多带隙的光子晶体阵列芯片(图1)。该芯片能够选择性地增强不同通道的荧光检测信号，实现高效的多底物差别分析检测。这种光子晶体芯片只需要一种简单的检测分子8-羟基喹啉(8-hydroxy-quinoline, 8-HQ)，就可以实现对12种金属离子的识别和分析(图2)。这种简便的方法对于发展基于荧光检测的高效复杂体系多底物分析方法具有重要意义。该研究结果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7296-7299)上。

图1 基于图案化基材浸润性差异制备光子晶体芯片的过程示意图。1.制备磷酸正十八酯单分子层;2.UV通过掩膜选择性刻蚀单分子层;有/无UV照射区域接触角分别为17.7±2.8º 和100.9±3.4º;3.胶体粒子选择性吸附在亲水区域;4.胶体粒子自组装得到光子晶体芯片。

图2 光子晶体芯片的荧光照片及其对12种离子荧光差别分析