近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员李越课题组在高衍射强度二维(2D)有序阵列/智能水凝胶复合体系可视化传感特性研究方面取得新进展。相关系列研究成果在J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3659和J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 2117上发表。

2D光子晶体由于制备简单、迅速等优点，将其与智能水凝胶复合，可用作可视化传感材料。如果探测目标分子选择性刺激水凝胶，水凝胶薄膜则会溶胀或收缩，从而导致附着其上的2D光子晶体晶格常数改变，从而引起其表观颜色和衍射光谱发生相应的变化。通过颜色的变化实现了对目标分子的可视化探测，该方法具有重要的应用前景。目前用到的2D光子晶体主要是2D聚苯乙烯（PS）胶体微球阵列，但其衍射信号非常弱，致使在衍射光谱的测量过程需借助高反射镜来增加衍射光强度才能实现光学表征，严重限制了其实际应用。

针对上述问题，该研究团队发展了双面负载2D PS微球阵列的壳聚糖（CS）水凝胶膜制备方法，研究了其对pH的可视化传感特性。双面负载2D PS微球阵列水凝胶复合体系，由于多重光衍射的原因，相对于单面负载2D PS微球阵列水凝胶复合体系来说，其衍射强度提高了1倍，但其光衍射强度仍然较低，衍射测量仍需借助高反射镜。在这个工作的基础上，该研究团队进一步发展了负载2D Au纳米球阵列聚丙烯酸（PAAc）水凝胶复合膜的制备方法，研究发现该2D Au纳米球阵列/PAAc膜复合薄膜显示出绚丽的颜色以及超强的衍射信号。研究发现该超强的光学衍射信号来源于Au纳米球大的散射截面以及Au纳米球阵列的周期性。2D Au纳米球阵列/PAAc膜复合薄膜在石英基质上的光衍射强度，大约是2D PS纳米球阵列/PAAc膜复合物在高反射铝镜上光衍射强度的88倍。该方法成功解决了普通2D光子晶体/水凝胶薄膜用作可视化传感器时，衍射强度低，需借助高反射镜的问题。超高光衍射强度的特性使2D Au纳米球阵列/水凝胶膜复合体系在可视化传感方面具有很好的实际应用价值。此外，此法具有普适性，适用于经不同识别剂修饰的水凝膜负载上2D Au纳米球阵列实现不同目标物质的可视化探测。

上述研究得到了“973”项目、国家自然科学基金、中科院科技创新“交叉与合作团队”等项目的资助。（来源：中国科学院合肥物质科学研究院）