化學所制備光子晶體微芯片實現多種金屬離子的識別與檢測

　　光子晶體材料因其對光子傳播的調控性能而被稱為“光半導體”，其研究和應用受到廣泛關注。在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所綠色印刷院重點實驗室的科研人員針對光子晶體的制備和應用開展了系統研究 (Acc. Chem. Res. 2011, 44, 405-415; J. Mater. Chem. 2011, 21, 14113-14126)。

　　他們通過結構設計，制備了具有硬核-軟殼結構的乳膠粒子，進而組裝了具有特殊緊密堆積結構的高強度光子晶體(Macromol. Chem. Phys., 2006, 6, 596-604)。利用這種具有特殊乳膠粒子結構的光子晶體實現了在高靈敏度檢測(Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7258-7262;J. Mater. Chem. 2012, 22, 21405-21411)、光信息存儲(Adv. Mater. 2010, 22, 1237-1241)等方面的應用。通過對乳膠粒子形貌的控制，實現了對界面浸潤性的調控(Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4436-4441)，并基于界面性質的調制制備了高質量超窄帶隙的光子晶體(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17053-17058;NPG Asia Mater. 2012, 4, e21)。進一步發展了通過打印制備光子晶體及器件的方法(J. Mater. Chem. C. 2013，DOI: 10.1039/C3TC30728J;Lab Chip 2012, 12, 3089-3095;J. Mater. Chem.2012, 22, 21405-21411)。

　　在以上研究基礎上，他們利用基材浸潤性的差異，設計制備了一種多帶隙的光子晶體陣列芯片(圖1)。該芯片能夠選擇性地增強不同通道的熒光檢測信號，實現高效的多底物差別分析檢測。這種光子晶體芯片只需要一種簡單的檢測分子8-羥基喹啉(8-hydroxy-quinoline, 8-HQ)，就可以實現對12種金屬離子的識別和分析(圖2)。這種簡便的方法對于發展基于熒光檢測的高效復雜體系多底物分析方法具有重要意義。該研究結果發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7296-7299)上。

圖1 基于圖案化基材浸潤性差異制備光子晶體芯片的過程示意圖。1.制備磷酸正十八酯單分子層;2.UV通過掩膜選擇性刻蝕單分子層;有/無UV照射區域接觸角分別為17.7±2.8o 和100.9±3.4o;3.膠體粒子選擇性吸附在親水區域;4.膠體粒子自組裝得到光子晶體芯片。

圖2 光子晶體芯片的熒光照片及其對12種離子熒光差別分析