中科院化学所在打印制备光子晶体检测器件研究中取得进展

光子晶体具有特殊的周期性结构，能够调控光的传播和发射，又被称为“光学半导体”，被认为是未来光子工业的材料基础，其研究和应用受到广泛关注。如何实现光子晶体的图案化，是实现其在光学器件领域应用的关键之一。

在国家自然科学基金委、科技部、北京市和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室和有机固体院重点实验室的科研人员针对光子晶体的制备、图案化和应用开展了系统的研究（Acc. Chem. Res. 2011, 44, 405-415）。他们通过结构设计，制备了具有硬核—软壳结构的乳胶粒子，组装成了具有紧密堆积结构的高强度光子晶体，并将其应用于高灵敏检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7258-7262; Biosens. Bioelectron. 2011, 26, 2165-2170 ）、光信息存储（Adv. Mater. 2010, 22, 1237-1241）、界面浸润性调控（Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4436-4441）等方面，并通过调制界面性质，制备了高质量超窄带隙的光子晶体（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17053-17058; NPG Asia Mater. 2012, 4, e21），进一步发展了利用喷墨打印技术制备图案化光子晶体及其器件的方法（J. Mater. Chem. 2009, 19, 5499-5502; Lab Chip 2012, 12, 3089-3095; J. Mater. Chem. 2012, 22, 21405-21411; J. Mater. Chem. C 2013, 1, 6048-6058; Adv. Opt. Mater. 2014, 2, 34-38）。

打印制备的具有亲/疏水图案的光子晶体阵列芯片及其工作原理示意图

在以上研究的基础上，他们受到沙漠甲虫（Stenocara beetle）背部具有收集雾滴能力的亲/疏水图案的启发，将光子晶体荧光增强特性与表面浸润性差异相结合，利用喷墨打印技术在疏水性基底上打印制备了亲水性光子晶体阵列（图1），制备了一种具有亲/疏水图案的光子晶体阵列芯片。该芯片能够利用表面的浸润性差异将水滴中的待检测物富集到检测位点——亲水性的光子晶体点阵，同时利用光子晶体将荧光信号增强，从而实现了对荧光分子和基于荧光方法检测的分子检测系统的高灵敏分析检测。该方法简便易行，适用范围广，能够实现大面积高通量的检测阵列制备，对于发展高灵敏、高通量的光学检测器件以及基于浸润性差异的绿色印刷制版技术都具有重要意义。相关研究结果发表在近期的《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5791-5795）上。