下的某些外部条件的刺激下，在光子晶体传感器的水凝胶会膨胀或收缩，这将导致在该光子晶体的光子带隙的变化。文综述了光子晶体水凝胶传感器的应用原理和应用现状，并提出了展望。键词：光子晶体;水凝胶;传感器分类号：TQ317.4文献代码：A文章编号：1001-5922（2014）04-0083-04引言光子晶体是由两种或多种类型的。有不同介电常数（折射率）的材料以一定的周期顺序排列在空间中，以形成具有有序结构的材料。电磁波在这样的材料中传播，它们是由电介质构成的周期性电势场调制，以形成类似的半导体的带隙的光子带隙能量。果光子能带之间没有重叠，则形成光子带隙。率落在禁带中的光子不能在光子晶体中传播。
此它们也被称为光子带隙材料[1，2]。据在光子晶体的折射率变化的周期，它可分为一维光子晶体，二维光子晶体和光子晶体的三维如示于图1的一维光子晶体是指一种具有材料在一个方向上的光子带隙，和图1-A是通过交替层叠两种类型的媒体形成的简单的一维光子晶体结构。二维方向上具有光子带隙的材料被称为二维光子晶体。种典型的二维光子晶体结构（图1-B）是由多个二维介质柱的平行设置且均匀地形成。维光子晶体是在所有方向上具有禁带的材料（图1-C）。止光线落入禁带内向任何方向传播[3]。子晶体产生的衍射峰的布拉格衍射波长caractéristique.La是：2D =Kλ（neff2-sin2θ）1/2，其中k是衍射级中，n eff是平均折射率光子晶体和θ是入射光。度（图1-D）。从表达式中可以看出，布拉格波长的衍射峰是依赖于材料的平均折射率折射率n eff和晶格参数d。些柔性的胶体光子晶体，如嵌在填充有胶体光子晶体弹性体等的水凝胶胶体光子晶体，是那些通过修改网络参数移位布拉格衍射峰来调整的结构光子禁带。光聚合物与光子晶体结合起来制备具有自表达特性的光子晶体水凝胶传感器已成为研究的热点。胶是指具有包含大量溶剂的三维网络结构的高分子量聚合物。网络结构通常由大分子骨架和含有亲水基团和疏水基团的侧链组成[5]。能型水凝胶的是产生在体积的可逆变化响应于外部刺激如温度，pH，溶剂，离子强度，电场，磁场，光的变化的水凝胶，压力和特定分子。]。于它具有检测和响应两者的功能，如果水凝胶与所述光子晶体相关联，智能水凝胶与对环境的敏感性，通过使膨胀，收缩或相变反应水凝胶的体积。光子带变化和布拉格衍射峰的光子带隙是衍射峰的décalé.La反应性可通过观察衍射峰的运动或颜色变化来评价。色变化是最直观的，可以用肉眼观察。胶光子晶体已成功应用于医学，生物学等领域[7]。理和方法制备的光子晶体的水凝胶的传感器中，光子带隙的结构受材料和不可分割的网络参数的折射率，导致折射率变化的任何因素或材料的网络参数将导致光子带隙。构位置的移动是通过在光子晶体的衍射峰的运动表现，从而将被禁止在可读取的光信号或颜色变化的光子晶体的能带结构的变化。孔有序的三维检测材料制备的无孔三维有序的检测设备的方法主要分为两种类型：一种由合成凝胶的胶体粒子，例如胶态颗粒是自组装的，通过离心[8]构造具有有序三维结构的光子晶体。一种是在水凝胶单体溶液中的胶体晶体的有序排列来安排胶体晶体，然后交联通过光或热聚合水凝胶，得到固定化的胶体晶体的有序排列。[9]，在含有N-异丙基丙烯合成凝胶其它胶体粒子，在这些凝胶胶体颗粒可以是自组装通过静电排斥的作用下连接，形成一个三维有序的共价连接。
子晶体，显示明亮的色彩。
2显示了通过离心不同颗粒浓度和胶体晶体在不同温度下的颜色变化形成的不同光子颜色晶体。于胶体晶体的颜色随温度而变化，凝胶光子晶体可用作温度传感器。Andrew及其同事[8]通过胶体凝胶颗粒的离心自组装获得了可调节的色温传感器。
体晶体被布置在所述水凝胶单体溶液以有序的方式，则该水凝胶是交联的，并通过热聚合法或光引发剂固化，得到固定化的胶体晶体（PCCA）的有序排列。是一种智能且可调节的检测材料[10]。种PCCA材料具有明亮的颜色，并且在满足布拉格条件时可以有效地衍射可见光。官能化的胶体微球或凝胶框架，与凝胶外面特定分析物的反应导致在凝胶的内部离子强度的增加，从而导致内部和外部系统渗透压差并使凝胶膨胀，导致形成系统的特征衍射波长。色偏移。此同时，肿胀程度具有与被分析物的外部，也就是浓度的一定的关系，波长变化是分析物浓度的函数，并且因此可以用于确定微量物质的浓度[11]。
粉[12]等人已经使用固定在聚丙烯酰胺水凝胶用于制备pH传感器和离子强度的胶体晶体，并且通过加入碱官能冠醚制备的Pb2 的传感器，Cu2 的丙烯酰胺凝胶。[13，14]。样地，Asher通过在凝胶上功能化苯基硼酸制备了葡萄糖传感器[15]。而，通过固定化的胶体晶体的这样的有序排列制备光子晶体传感材料具有某些缺点：首先，胶态结晶稳定化，可以形成在水溶液中具有低的离子强度，其中负载水凝胶化学;引入的官能团，不限于非加载系统，需要一个第二步骤：另外，为了稳定负载，以保持结构的稳定性，引入的官能团的数目是有限的。后，有序的胶体晶体光子晶体不具有相互连接的孔结构，这不会促进材料中物质的传输。测材料在反蛋白石结构的三维有序的孔结构是基于光子晶体传感材料的制备方法的上述限制，以及制备在三个维度有序大孔材料的方法使用胶体晶体作为模型开发反蛋白石结构。3是这种材料的制备的示意图。种材料一般由浸润胶体晶体模板预聚合的凝胶溶液，在聚合和最后消除光子晶体模板制备。反蛋白石结构[16]所述的优点是，它可以引入多种官能团和聚合技术的和在引入的保持良好的稳定性和互连的孔隙结构功能组。结构具有高的表面积和大量的识别的官能团的可赋予更高的灵敏度检测材料和互连的孔结构有利于分子的运输系统中，并减少响应时间。然，这种结构也存在一些问题：干燥的胶体晶体模板具有更多的缺陷，并且在移除模板时会损坏结构。Nakayama等人[17]制备了具有反蛋白石结构的葡萄糖传感材料。备方法包括以下步骤：N异丙基丙烯酰胺和3-acrylamidobenzèneboronique酸如在胶体晶体的SiO 2模板的液体前体填充，然后以热引发聚合并除去通过酸的模板氢氟酸。材料具有多孔结构，其对葡萄糖浓度快速响应并且根据材料的颜色在视觉上确定葡萄糖浓度。应于生理浓度（~5mM）和离子强度（~150mM）范围内的葡萄糖浓度，可检测浓度为326mM。射峰位移与葡萄糖浓度之间的关系为约5nm / mM。Braun [18]和他的合作者使用甲基丙烯酸和丙烯酸的混合物来制备pH敏感，机械稳定和光学可调的传感器。此基础上，它是通过在光子晶体模板聚苯乙烯浸润的3-丙烯酰胺基苯基硼酸和甲基丙烯酸的混合物，以除去[16]模板制备葡萄糖传感器。子晶体的水凝胶的应用的状态传感器由光子晶体的布拉格衍射峰，供给直接可读的光信号由于其特性坐标在三维空间使传感器不存在的标记的特征和表达式，以及反蛋白石结构的上部区域。体积比使得它非常敏感的传感器，和互穿孔结构和该结构的双连续性（互连的固体骨架和孔结构互连）促进靶分子的在材料中的传输，这给传感器薄膜的特点是响应速度快。Takeoka和Wantanabe等人。[19]使用该模型方法制备聚NIPA-冠醚的反蛋白石结构的离子传感器。验结果表明，该传感器具有温度特性和K 的反应，以及自可表达的特性，表示温度与由颜色变化直接的离子浓度，以人的。外，弗等人[20]在具有高离子强度的溶液中制备的化学感测材料敏感光子晶体葡萄糖，基于新的分子识别机制，由晶体的胶体网络（CCA ）整合在苯基硼酸基团中。在聚丙烯酰胺 – 聚乙二醇复合凝胶或15-冠-5聚丙烯酰胺凝胶中制备。为官能团如硼酸和聚乙二醇或冠醚在当材料被浸渍在葡萄糖溶液中的材料引入预先，葡萄糖能与这些官能团被组合形成超分子复合体系，导致材料交联。加程度导致光学衍射峰的蓝移。生理葡萄糖浓度范围内，这种材料的光学衍射的峰值是在可见光范围内，以使葡萄糖浓度可通过颜色变化来观察。物质在生理离子强度和pH下响应葡萄糖浓度，并具有良好的响应选择性。此，它可以应用于检测生物体中生理离子强度下的葡萄糖浓度，为糖尿病患者提供非侵入性手段。近，一些研究组已经结合分子印迹技术胶体晶体，使该水凝胶的传感器独特光子晶体，这是普遍的，并且延伸的传感器的应用范围拥有表达。[21]和他的同事们引入的分子印迹技术在水凝胶光子晶体传感器的制造和制备的光子晶体的水凝胶传感器分子印迹兴奋剂（参见图4）。图4，当目标分子与在膜中的印刷位点重组，所述膜膨胀时，光子晶体的晶格参数的交换和颜色的变化从蓝色到绿色可见。颜色变化在视觉上指示目标分子是否包含在测试溶液中以快速，无标记地检测目标分子。外，吴哲嗯等人[11]也相关联的分子印迹技术水凝胶光子晶体用于制备水凝胶传感器光子晶体的分子印记的快速检测和的无标记的痕迹胆汁酸在水溶液中。外，除草剂可以以不同的方式进入环境，直接或间接地对人体，课题组还准备了分子筛光子快速，简便，准确，可用于在检测莠去津的水溶液。晶水凝胶传感器。验结果表明，不同浓度的阿特拉津溶液中传感器具有不同的颜色[22]。年来，分子印刷技术的应用在深度和广度上取得了长足的进步。而，作为分子印刷应用领域中非常重要的部分，大多数基于分子印刷技术的传感器必须与另一种转换装置组合。此，开发直接将分子识别过程转化为可读信号的“分子指纹智能薄膜”是一种发展方向。年来，光子晶体已成为国内外研究的热点，并取得了长足的进步。用胶体晶体自组装性能的与水凝胶对外界刺激的膨胀和收缩性质相结合，导致了在药物递送的新应用，光开关，探针的发展对金属和生物传感器。新材料和临床应用的发展，引进分子印迹技术已经极大地扩展了光子晶体的水凝胶，其提供高的灵敏度和更高的精度和高普遍性的范围。考文献[1]通过物理和电子固态[J]物理评论快报1987，58（20）抑制E. Yablonovitch自发发射：2059 [2]约翰S.强位置的光子在一些超无序介质阵列[J]，物理评论快报，1987，58（23）：2486-2489。[3]黄荣刚：分子光子水凝胶光子晶体的反应性研究[D]。津：天津大学，2009。4]李明珠，宋燕林。于光子晶体的高效传感器[J] .Front.Chem.China，2010.5（2）：115-122。
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