基础研究|广东在光子晶体精准组装与信息存储获新进展

       近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微纳中心仿生智能材料课题组杜学敏副研究员在美国化学会《应用界面材料》在线发表了“Breath-Taking Patterns: Discontinuous Hydrophilic Regions for Photonic Crystal Beads Assembly and Patterns Revisualization”(非连续亲水区域用于光子晶体自组装及隐形图案再现)的研究结果。 

　　源于大自然的结晶光子晶体由于具有独特的光学特性，多次被Science列为未来热点研究方向，并在传感检测、光学器件、显示等领域展现出巨大应用前景。然而，如何低成本、大面积且精准组装胶体光子晶体，一直是制约光子晶体广泛应用的巨大瓶颈。

       杜学敏副研究员团队通过仿生沙漠甲虫背部收集水原理，采用亲疏水单分子层图案化设计，即可以在基底上实现高效的大面积形貌（正六边形、方形与圆形）与尺寸可控设计的液滴阵列制备。并且，通过在液滴阵列表面覆盖上一层油膜，可以极大延长液滴的保存时间，为高通量生化传感检测与晶体生长提供了更简便有效的微环境。与此同时，亲疏阵列还可以用于胶体光子晶体自组装：将亲疏阵列基底浸入单分散微球乳液中，待形成乳液液滴阵列后在其表面覆盖上一层油膜，便可以实现胶体光子晶体低成本、大面积且精准组装。由于亲疏水区域表面能差异，半球形的光子晶体颗粒在亲水图案处精准组装，通过调节图案尺寸或组装胶体光子晶体的微球尺寸，即可获得不同尺寸或颜色的光子晶体颗粒阵列。 

　　这一成果的有趣之处在于，正常状态下看不到阵列化图案，人对着图案哈气，即可以实现“一气呵现”——让隐形图案再现；待水分挥发，图案又立即“隐形”。而且，这种“一气呵现”还可以与胶体光子晶体阵列组装结合起来，实现呵致变色。这是因为往基底上哈气时，水份冷凝在亲水的水凝胶光子晶体处，使得组装成光子晶体颗粒的水凝胶微球溶胀而改变微球间距，从而导致水凝胶光子晶体发生肉眼可见的颜色改变——从蓝色变为绿色，当水份挥发后，水凝胶光子晶体又恢复到初始颜色。这种哈气即可实现隐形图案再现和颜色改变，不仅可以应用与防伪与信息存储等领域，而且还可以广泛应用于传感检测、疾病诊断等领域。 

　　该研究得到国家自然科学基金等支持。