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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特性，多次被Science列為未來熱點研究方向，并在傳感檢測、光學器件、顯示等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應用前景。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用的巨大瓶頸。杜學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敏副研究員設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（美國化學會《應用界面材料》）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，不僅可以應用與防偽與信息存儲等領(lǐng)域，而且還可以廣泛應用于傳感檢測、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