完成单位：北京理工大学

完成人：孟子晖、邱丽莉、薛敏、徐志斌、董晓、王一飞、闫丹、范静、张文鑫、刘文进

成果简介：危险品快速筛查技术是公共安全等领域的重大需求。光子晶体由于其结构色可响应外界刺激而成为理想的可裸眼检测的快速筛查化学传感器。目前光子晶体存在选择性低、结构色角度依赖、规模化制备困难、可穿戴性差等缺陷。本课题通过利用分子印迹的3D光子晶体对TNT, RDX, HMX,CL-20等典型炸药的进行了裸眼检测，并通过模式识别技术准确区分了不同类别的硝胺炸药。通过在光子晶体上固载胆碱酯酶，实现了对沙林战剂和有机磷毒剂的裸眼检测。开发了用于奶制品中抗生素检测的2D光子晶体传感器。通过机械臂对混合粒径胶体小球的喷涂，制备了大面积的非晶光子晶体膜，克服了光子晶体结构色的角度依赖性。通过开环葫芦脲超分子的研究，实现了对多种单质炸药分子的主客识别。研制了基于丝蛋白，多糖以及天然橡胶的光子晶体传感器，实现了对多种VOC气体的裸眼检测，并应用于可穿戴设备。研制的二维光子晶体光学性能表征装置获得全国高校教师自制仪器大赛银奖，撰写专著一部，译著一部，专著章节两章。研究成果发表SCI论文50篇，被引490次。培养研究生20名。本课题的成果对光子晶体传感技术在危险品的快速筛查和可穿戴传感器研发等方面有重要的指导意义。

创新点及科学价值：

1.  建立了基于模式识别的分子印迹光子晶体阵列传感器区分不同种类炸药的新方法；

2.  建立了利用分子印迹光子晶体快速筛查奶制品中抗生素的新方法；

3.  建立了利用酶功能化的光子晶体快速筛查环境样品中沙林战剂和有机磷毒剂的新方法；

4.  发展了利用机械臂喷涂制备大面积非晶光子晶体膜的新技术，克服了光子晶体结构色的角度依赖性并可实现光子晶体材料的大规模制备；

5.  开发了基于纤维素，魔芋多糖、丝蛋白、乳胶等天然高分子的光子晶体新材料；用于可穿戴设备可实现对VOC气体的快速检测；

6.  设计并合成了开环葫芦脲这一新型超分子主体；用于爆炸物的主客识别，并构筑了爆炸物的荧光传感器。

社会经济效益：本课题的研究成果在多个国防科研项目得到了应用和验证。

应用前景：为公共安全、环境保护、食品安全等领域提供了新方法、新材料和新技术。研究成果用于爆炸物、化学战剂筛查不仅有一定的军用价值，还可用于公共安全领域的反恐维稳。奶制品中抗生素的光子晶体快速筛查为食品安全提供了新技术。VOC以及有机磷化合物的快速筛查是环境保护领域急需的新技术，为以上污染物的防控提供了新技术、新方法。光子晶体所具备的裸眼检测能力，同使用最为广泛的电化学传感技术相比，不需要电源，节约了能源，有良好的社会和经济效益。目前申请了19项专利。