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  具有周期性介電納米結(jié)構(gòu)的光子晶體傳感芯片因其獨(dú)特的光子禁帶引起的結(jié)構(gòu)色、反射率和熒光增強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)傳感信息，利用其優(yōu)異的光學(xué)調(diào)制和結(jié)構(gòu)多樣性實(shí)現(xiàn)了多種重要分析物的高靈敏和選擇性檢測(cè)，極大地簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程。多禁帶、角度依賴的光子晶體芯片可實(shí)現(xiàn)了多元復(fù)雜體系的分析[Angew. Chem. In. Ed. 2013, 125, 7296-7299; Angew. Chem. In. Ed. 2016, 128, 7025-7028.]，但仍不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和日益增長(zhǎng)的需求，特別是對(duì)可穿戴或便攜式傳感設(shè)備的可拉伸性、多功能性和簡(jiǎn)便性的要求。

  對(duì)于柔性光子晶體材料（PC），其結(jié)構(gòu)色（禁帶）可以通過(guò)彈性變形來(lái)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生連續(xù)光譜而構(gòu)造出絢麗的彩虹色（圖1a）。在白光照射下，由聚苯乙烯（PS）納米球（直徑270nm）在膠狀聚丙烯酸酯（PEA）基質(zhì)中有序排列而成的可拉伸PC膜顯示紅色（圖1b）。當(dāng)PC膜被拉伸時(shí)，膠體晶格發(fā)生規(guī)則變形（圖1c），均勻六邊形的(111)晶面橫向拉伸，垂直面被擠壓，引起晶格間距的變化，使PC膜的結(jié)構(gòu)色從紅色逐漸變?yōu)榉凵⒊壬ⅫS綠色、淺綠色和深綠色（圖1d），禁帶波長(zhǎng)也相應(yīng)地從630 nm移動(dòng)到620、605、582、566和543 nm(圖1e)。反射峰的藍(lán)移符合布拉格定律，反射率隨拉伸率的增大而減�。▓D1e&f）。因此，在不同拉伸率下具有不同檢測(cè)響應(yīng)性的可拉伸PC膜可提供豐富的光學(xué)信息，便于構(gòu)建用于多種分析物識(shí)別的傳感器芯片。 

圖1. 可拉伸光子晶體膜——結(jié)構(gòu)色和彈性光學(xué)特性：(a)受力不均勻時(shí)柔性PC膜的多彩結(jié)構(gòu)色；(b) 可拉伸PC膜的納米結(jié)構(gòu)-顏色對(duì)應(yīng)示意圖；(c)不同拉伸率(ε_x)下PC膜的SEM圖；(d) ε_x從0到5%，10%，20%，30%，40%的PC膜在白光照射下的光學(xué)照片；(e) 拉伸過(guò)程中PC膜的反射光譜；(f) 不同拉伸率下光子晶體膜的反射峰位置。

  通過(guò)有限元分析方法研究了拉伸過(guò)程中PC膜內(nèi)部電場(chǎng)的分布。結(jié)果表明不同拉伸率下PC膜的有限元模擬光譜，與其實(shí)測(cè)光譜完全吻合（如圖2）。證實(shí)了柔性光子晶體膜，在外界拉伸過(guò)程中，其光學(xué)行為可以定量分析。 

圖2. 有限元分析(FEA)：(a)光子晶體膜在不同波長(zhǎng)光照射下拉伸過(guò)程中的電場(chǎng)分布的有限元分析；(b)在606 nm光照下，10%拉伸PC膜內(nèi)的電場(chǎng)分布；(c)不同拉伸率PC膜的有限元模擬光譜；(d) 拉伸過(guò)程中PC膜的變形機(jī)制。

  選取茜素紅S-2-氨基乙基聯(lián)苯基硼酸酯（ARS-DPBA）、茜素紅S-苯硼酸（ARS-PBA）和曙紅Y三種熒光指示劑負(fù)載于PC膜上研究其彈性熒光增強(qiáng)特性，發(fā)現(xiàn)，熒光強(qiáng)度的差異性變化是由熒光染料的發(fā)射峰與光子禁帶的重合程度（慢光子效應(yīng)）以及光子晶體反射率隨拉伸率增大而下降的共同作用結(jié)果。光子晶體膜能夠在不同拉伸率下差異性地改變不同熒光染料的熒光強(qiáng)度，為高效的多光譜分析提供了豐富的傳感信息。（如圖3） 

圖3. 可拉伸PC膜的可調(diào)諧熒光增強(qiáng)：(a) PC膜隨拉伸率變化的禁帶與熒光染料ARS-DPBA, ARS-PBA和曙紅Y發(fā)射峰的匹配情況； (b)PC膜上熒光斑點(diǎn)的熒光強(qiáng)度隨拉伸率變化而改變，其對(duì)不同光譜區(qū)域的熒光有不同程度的增強(qiáng)。

  論文改變?nèi)嵝怨庾泳w的拉伸率（0%、10%、20%、30%、40%），僅使用一種熒光指示劑 （ARS-DPBA）， 就可識(shí)別最小濃度為10^-7M的14種相似結(jié)構(gòu)的糖類物質(zhì)（如圖4）。此外，不同濃度、不同混合物和含糖類的真實(shí)樣品（飲料和汗液）也可以成功區(qū)分。該論文工作可為可穿戴設(shè)備、動(dòng)態(tài)環(huán)境、臨床或健康監(jiān)測(cè)輔助提供生物相容性的光學(xué)平臺(tái)。 

圖4. 可拉伸PC芯片用于各種糖類的鑒別 (a) ARS-DPBA斑點(diǎn)PC芯片對(duì)14種糖類的熒光響應(yīng)。拉伸率的變化引起熒光信號(hào)的多樣性。 (b) 14種糖類的LDA鑒別結(jié)果。(c) 14種糖類的HCA分析的樹狀圖； (d) 梯度濃度下三種糖的得分圖，沿箭頭方向濃度增大。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08708