基于介孔胶体光子晶体的人工鼻研究

在本项目研究中，我们提出了以功能化的单分散介孔微球自组装制备光子晶体传感器阵列构建光子鼻的设想。相比于目前的光子鼻，基于介孔光子晶体的人工鼻具有以下优点：（1）微球的介孔结构具有更高的比表面积，因此能够实现高灵敏度的快速检测；（2）介孔微球的表面在组装之前就可实现功能化，而且选材范围广、性能稳定；（3）通过"自下而上"的自组装途径可以容易的独立制备各种微型的光子晶体传感单元，有利于传感器阵列的微型化和集成化。这种基于介孔胶体光子晶体的人工鼻有望成为一种新型的人工嗅觉系统。

本项目在执行过程中，围绕单分散介孔微球的合成、组装、功能化，以及传感阵列的制备，开发出了新型的介孔胶体光子晶体传感阵列，并建立了基于此气体传感阵列的气体检测系统，实现对VOC气体与人呼出气体的快速、灵敏、低成本分析检测，取得了系列重要进展和创新性成果。主要代表性成果包括：. 1. 实现了单分散介孔SiO2微球的批量制备以及粒径的控制，探讨了单分散介孔SiO2微球在种子生长溶液中的形成机制。. 2. 采用垂直沉积、喷墨打印和液滴模板法均制备得到高质量胶体晶体传感单元以及阵列，并利用硅烷偶联剂和荧光染料实现了介孔胶体光子晶体的功能化。. 3. 利用功能化的胶体晶体构成的传感阵列进行了有机挥发性气体的检测，确定了检测灵敏度和检测限，建立了多种标准气体样品的特征谱。. 4. 开展了便携式气体检测系统研究，开发了基于智能手机的色敏传感系统。. 5. 利用喷墨打印技术实现了介孔胶体晶体的图案化制备，并开发了蒸汽显隐与视角显隐的结构色图案。. 在本项目的资助下，共发表标注资助的研究论文9篇，其中影响因子超过5的SCI研究论文7篇，包括Chem. Soc. Rev. 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇，Adv. Mater. 1篇，ACS Nano 1篇，Nanascale 1篇等。培养博士研究生1名，硕士研究生2名。申请人还获得了江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师资助。.