2022年CAIA獎二等獎：危險品快速篩查光子晶體傳感技術
完成單位：北京理工大學
完成人：孟子暉、邱麗莉、薛敏、徐志斌、董曉、王一飛、閆丹、范靜、張文鑫、劉文進
成果簡介：危險品快速篩查技術是公共安全等領域的重大需求。光子晶體由于其結構色可響應外界刺激而成為理想的可裸眼檢測的快速篩查化學傳感器。目前光子晶體存在選擇性低、結構色角度依賴、規?；苽淅щy、可穿戴性差等缺陷。本課題通過利用分子印跡的3D光子晶體對TNT, RDX, HMX,CL-20等典型炸藥的進行了裸眼檢測，并通過模式識別技術準確區分了不同類別的硝胺炸藥。通過在光子晶體上固載膽堿酯酶，實現了對沙林戰劑和有機磷毒劑的裸眼檢測。開發了用于奶制品中抗生素檢測的2D光子晶體傳感器。通過機械臂對混合粒徑膠體小球的噴涂，制備了大面積的非晶光子晶體膜，克服了光子晶體結構色的角度依賴性。通過開環葫蘆脲超分子的研究，實現了對多種單質炸藥分子的主客識別。研制了基于絲蛋白，多糖以及天然橡膠的光子晶體傳感器，實現了對多種VOC氣體的裸眼檢測，并應用于可穿戴設備。研制的二維光子晶體光學性能表征裝置獲得全國高校教師自制儀器大賽銀獎，撰寫專著一部，譯著一部，專著章節兩章。研究成果發表SCI論文50篇，被引490次。培養研究生20名。本課題的成果對光子晶體傳感技術在危險品的快速篩查和可穿戴傳感器研發等方面有重要的指導意義。
創新點及科學價值：
1. 建立了基于模式識別的分子印跡光子晶體陣列傳感器區分不同種類炸藥的新方法；
2. 建立了利用分子印跡光子晶體快速篩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體快速篩查環境樣品中沙林戰劑和有機磷毒劑的新方法；
4. 發展了利用機械臂噴涂制備大面積非晶光子晶體膜的新技術，克服了光子晶體結構色的角度依賴性并可實現光子晶體材料的大規模制備；
5. 開發了基于纖維素，魔芋多糖、絲蛋白、乳膠等天然高分子的光子晶體新材料；用于可穿戴設備可實現對VOC氣體的快速檢測；
6. 設計并合成了開環葫蘆脲這一新型超分子主體；用于爆炸物的主客識別，并構筑了爆炸物的熒光傳感器。
社會經濟效益：本課題的研究成果在多個國防科研項目得到了應用和驗證。
應用前景：為公共安全、環境保護、食品安全等領域提供了新方法、新材料和新技術。研究成果用于爆炸物、化學戰劑篩查不僅有一定的軍用價值，還可用于公共安全領域的反恐維穩。奶制品中抗生素的光子晶體快速篩查為食品安全提供了新技術。VOC以及有機磷化合物的快速篩查是環境保護領域急需的新技術，為以上污染物的防控提供了新技術、新方法。光子晶體所具備的裸眼檢測能力，同使用最為廣泛的電化學傳感技術相比，不需要電源，節約了能源，有良好的社會和經濟效益。目前申請了19項專利。
