最近，中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏课题组，设计出了一种图案化的亲疏阵列，并将其用与低成本、大面积且精准的胶体光子晶体自组装及信息存储。这一成果日前以题为“Breath-Taking Patterns: Discontinuous Hydrophilic Regions forPhotonic Crystal Beads Assembly and Patterns Revisualization”在线发表于ACS Applied Materials & Interfaces上(DOI:10.1021/acsami.7b10359)。

近年来，源于大自然的灵感与结晶——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。在本研究中，研究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与大面积形貌（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。

    非常有趣的是，正常状态下是看不见阵列化图案的，对着图案哈口气，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，便可以实现呵致变色。这是因为往基底上哈口气时，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。这种哈口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。

▲图 1 （A）胶体光子晶体颗粒阵列化制备示意图；（B）不同颜色胶体光子晶体颗粒阵列及其表面形貌图与反射光谱（C）

▲图 2 隐形图案一气呵现与呵致变色：（A）哈口气致液滴冷凝显现图案与液滴挥发后图案隐形；（B）哈口气致阵列化胶体光子晶体颜色改变

    该研究得到国自然基金、广东省创新团队、广东省特支计划、粤港合作、深圳市孔雀团队等项目支持。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b10359

来源：高分子科学前沿

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