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  近年來，源于大自然的結(jié)晶——光子晶體，由于具有獨特的光學(xué)特性，多次被Science列為未來熱點研究方向，并在傳感檢測、光學(xué)器件、顯示等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。然而，如何低成本、大面積且精準組裝膠體光子晶體，一直是制約光子晶體廣泛應(yīng)用的巨大瓶頸。杜學(xué)敏副研究員團隊先后探索過大量制備膠體光子晶體顆粒（Sensors and Actuators B: Chemical, 2016, 223, 318-323）與在不同表面基底上大面積組裝膠體光子晶體薄膜（Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3, 3542-3546，熱點文章），雖取得一定成效，但如何低成本、大面積且精準組裝膠體光子晶體，仍是一大挑戰(zhàn)。 

  近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所微納中心仿生智能材料課題組杜學(xué)敏副研究員設(shè)計出了一種圖案化的親疏陣列，并將其用與低成本、大面積且精準的膠體光子晶體自組裝及信息存儲。這一成果日前以題為“Breath-Taking Patterns: Discontinuous Hydrophilic Regions for Photonic Crystal Beads Assembly and Patterns Revisualization”（非連續(xù)親水區(qū)域用于光子晶體自組裝及隱形圖案再現(xiàn)）在線發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces（美國化學(xué)會《應(yīng)用界面材料》）上(DOI: 10.1021/acsami.7b10359，IF：7.5)。

  在本研究中，研究團隊通過仿生沙漠甲蟲背部收集水原理，采用親疏水單分子層圖案化設(shè)計，即可以在基底上實現(xiàn)高效的大面積形貌（正六邊形、方形與圓形）與尺寸可控設(shè)計的液滴陣列制備。并且，通過在液滴陣列表面覆蓋上一層油膜，可以極大延長液滴的保存時間，為高通量生化傳感檢測與晶體生長提供了更簡便有效的微環(huán)境。與此同時，親疏陣列還可以用于膠體光子晶體自組裝：將親疏陣列基底浸入單分散微球乳液中，待形成乳液液滴陣列后在其表面覆蓋上一層油膜，便可以實現(xiàn)膠體光子晶體低成本、大面積且精準組裝。由于親疏水區(qū)域表面能差異，半球形的光子晶體顆粒在親水圖案處精準組裝，通過調(diào)節(jié)圖案尺寸或組裝膠體光子晶體的微球尺寸，即可獲得不同尺寸或顏色的光子晶體顆粒陣列。 

圖 1 （A）膠體光子晶體顆粒陣列化制備示意圖；（B）不同顏色膠體光子晶體顆粒陣列及其表面形貌圖與反射光譜（C）

  這一成果的有趣之處在于，正常狀態(tài)下看不到陣列化圖案，人對著圖案哈氣，即可以實現(xiàn)“一氣呵現(xiàn)”——讓隱形圖案再現(xiàn)；待水分揮發(fā)，圖案又立即“隱形”。 而且，這種“一氣呵現(xiàn)”還可以與膠體光子晶體陣列組裝結(jié)合起來，實現(xiàn)呵致變色。這是因為往基底上哈氣時，水份冷凝在親水的水凝膠光子晶體處，使得組裝成光子晶體顆粒的水凝膠微球溶脹而改變微球間距，從而導(dǎo)致水凝膠光子晶體發(fā)生肉眼可見的顏色改變——從藍色變?yōu)榫G色，當水份揮發(fā)后，水凝膠光子晶體又恢復(fù)到初始顏色。這種哈氣即可實現(xiàn)隱形圖案再現(xiàn)和顏色改變，不僅可以應(yīng)用與防偽與信息存儲等領(lǐng)域，而且還可以廣泛應(yīng)用于傳感檢測、疾病診斷等領(lǐng)域。

圖 2 （A）哈口氣致液滴冷凝顯現(xiàn)圖案與液滴揮發(fā)后圖案隱形；（B）哈口氣致陣列化膠體光子晶體顏色改變

  該研究得到國自然基金、廣東省創(chuàng)新團隊、廣東省特支計劃、粵港合作、深圳市孔雀團隊等項目支持。

  論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b10359