有序微結(jié)構(gòu)的自組裝制備及應(yīng)用.pdf

1、有序微結(jié)構(gòu)制備技術(shù)和微尺度上有序物質(zhì)性質(zhì)的研究已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)和技術(shù)的重點(diǎn)之一。其中以基本的納米顆粒通過(guò)自組裝形成各種有序微結(jié)構(gòu)尤其具有重要的意義。膠體晶體正是這樣一類由一種或多種單分散膠體粒子組裝而成的二維或三維特殊的有序微結(jié)構(gòu)材料，在光學(xué)、電學(xué)、傳感、催化、分離等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，長(zhǎng)期以來(lái)一直是研究的熱點(diǎn)。因此，本論文合成了多種用于自組裝的單分散膠體粒子，用膠體微球自組裝技術(shù)制備了各種有序微結(jié)構(gòu)并發(fā)掘了它們?cè)谂c生物醫(yī)學(xué)工程有關(guān)

2、的光學(xué)器件、生物化學(xué)分子檢測(cè)等領(lǐng)域的一些應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容有：
　　 (1)合成了用于膠體晶體組裝的單分散聚合物膠體微球（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯）和單分散實(shí)心二氧化硅膠體微球，通過(guò)控制加料量可以很好的調(diào)節(jié)微球的尺寸。還以實(shí)心二氧化硅微球?yàn)榉N子合成了具有極高比表面積的單分散介孔二氧化硅膠體微球，該方法可以很好的控制微球尺寸，保持微球良好的單分散性，為高靈敏度膠體光子晶體傳感器的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)。此外我們還闡明了這種介孔二氧化硅微

3、球的形成機(jī)理。我們還合成了成分為HSiO1.5的有序介孔微球，并以它為前驅(qū)體通過(guò)熱處理的方法原位合成了具有熒光特性的納米晶硅/二氧化硅復(fù)合有序介孔微球，在發(fā)光光子晶體、納米載藥與細(xì)胞成像等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 (2)以合成的單分散膠體微球作為基礎(chǔ)材料，用垂直沉積法等制備得到了高質(zhì)量的聚苯乙烯和二氧化硅蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體，并以此為模板進(jìn)而得到了各種有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的反蛋白石有序多孔結(jié)構(gòu)。我們還利用薄膜拉伸的方法在聚合物反蛋

4、白石膜的基礎(chǔ)上獲得了多種各向異性的有序多孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)拉伸處理方法的不同獲得不同的各向異性結(jié)構(gòu)；利用可控周期提拉法制備出具有各種周期的膠體晶體條帶的有序分級(jí)結(jié)構(gòu)。還把聚合物反蛋白石膜與激光刻蝕技術(shù)相結(jié)合制備出帶狀和點(diǎn)狀有序微結(jié)構(gòu)陣列。這些研究為有序微結(jié)構(gòu)材料在構(gòu)建光學(xué)器件、生物化學(xué)傳感、細(xì)胞支架材料等方面的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
　　 (3)具備通過(guò)外界激勵(lì)來(lái)調(diào)節(jié)光子帶隙的能力對(duì)光子晶體顯得尤為重要，盡管目前已經(jīng)有了許多關(guān)于設(shè)計(jì)和制備可

5、調(diào)制光子晶體的報(bào)道，但是構(gòu)建具有雙折射性質(zhì)的光調(diào)制光子晶體卻很鮮見(jiàn)。本文利用單軸拉伸的聚甲基丙烯酸甲酯反蛋白石微結(jié)構(gòu)對(duì)液晶分子的定向作用首次得到了可調(diào)制雙折射光子晶體。這種雙折射光子晶體在平行于拉伸方向上存在光子禁帶而在垂直方向上不存在禁帶。禁帶可以通過(guò)光調(diào)制，在兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)變。在切換紫外光激勵(lì)時(shí)，平行方向上發(fā)生禁帶位置移動(dòng)；而垂直方向上發(fā)生的是禁帶的開(kāi)關(guān)。此外，還利用這種雙折射光子晶體設(shè)計(jì)了一種具有獨(dú)立雙禁帶的光子晶體器件。

6、這種具有特殊光學(xué)性質(zhì)的雙折射光子晶體為在不同偏振方向上獨(dú)立設(shè)計(jì)禁帶提供了一種新途徑，有望在偏振顯示，偏振分光器，偏振保持光波導(dǎo)等方面產(chǎn)生重要應(yīng)用價(jià)值。
　　 (4)編碼載體和靶物分析是開(kāi)發(fā)懸浮序列的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，本文基于二向色性染料的偏振發(fā)光比率，提出了一種新的微載體編碼方式。在一片載體中摻入一種染料通過(guò)拉伸誘導(dǎo)染料取向就可產(chǎn)生眾多的編碼。這種編碼方式可以巧妙的避免由光漂白導(dǎo)致的錯(cuò)碼問(wèn)題，具有很好的穩(wěn)定性。同時(shí)，我們還將微載體設(shè)

7、計(jì)成反蛋白石結(jié)構(gòu)，與光子晶體非標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，避免了標(biāo)記檢測(cè)的一些缺陷，有望在基因表達(dá)研究、藥物篩選和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　 (5)人工嗅覺(jué)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)診斷、本土安全、工業(yè)生產(chǎn)控制等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。本文提出了一種基于催化劑摻雜的三氧化鎢反蛋白石光子晶體構(gòu)建新型人工光子鼻的構(gòu)想，并以摻鉑的三氧化鎢反蛋白石光子晶體氫氣傳感器作為初步嘗試。利用氫氣和摻鉑的三氧化鎢之間的特異性反應(yīng)引起光子晶體特征反射峰的改變，從高濃度（