光子晶體翻譯

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1、圖1.獨(dú)立絲狀蛋白石制作步驟.a,b從家蠶的繭中獲得光學(xué)級(jí)絲素蛋白溶液.c,在硅的襯底上生成直徑分別為250,320和350nm的PMMA蛋白石球.d,絲素蛋白溶液滲透到硅上的蛋白石.e,干燥后,從硅晶片上移除絲膜.獨(dú)立絲膜中的PMMA球溶解在丙酮中.用氮?dú)夤娘L(fēng)機(jī)除去SIO膜空隙中的丙酮.該圖是2.5×1.5厘米帶有反蛋白石的獨(dú)立絲膜圖案的圖片.相應(yīng)的SEM圖像顯示的是綠色（左）和藍(lán)色（右）絲狀蛋白石。比例尺,500nm.無論是通過摻雜絲綢或填充相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這都是可以實(shí)現(xiàn)的。白光照明下使用光學(xué)裝

2、置收集可見光-近紅外反射光譜測量光譜響應(yīng)。減小折射率的折射差值,反射峰所對應(yīng)的波長紅移。要簡單地說明這個(gè)概念，我們在丙酮中暴露SIO，丙酮具有足夠低的表面張力來滲透納米結(jié)構(gòu)的晶格和足夠的揮發(fā)性從而不造成任何蛋白基質(zhì)膨脹。丙酮（n≈1.36）導(dǎo)致折射率對比度從原始的Δ≈0.54減小到Δ≈0.18，從而使得pPBG的轉(zhuǎn)換頻率降低。圖2顯示了這些結(jié)果。圖2a中可以觀察到清晰的結(jié)構(gòu)顏色變化，以及在圖2b中所計(jì)算的能帶結(jié)構(gòu)和圖2c中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在圖2c中可以很清楚的看到兩個(gè)反射峰。第一個(gè)出現(xiàn)藍(lán)顏色的峰集中

3、在λ=438nm處，相應(yīng)的SIO晶格常數(shù)Λ=240nm，第二個(gè)綠色的峰集中在λ=540nm處，相應(yīng)SIO晶格常數(shù)Λ=300nm。峰的位置和移位的幅度與從的PPBG計(jì)算得到的理論估計(jì)一致。有能力制造出一個(gè)三維的納米結(jié)構(gòu)光子晶格完全是由于蠶絲提供了更多的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗蔷哂猩锵嗳菪?，可降解和可植入性的材料。一個(gè)對全蛋白譜元素如SIOS可能的應(yīng)用，是在生物體組織內(nèi)使用它們，以提供非內(nèi)源性的光譜特征。假如在一個(gè)高度分散的環(huán)境中，如活組織，PPBG仍然可檢測，那么這些結(jié)構(gòu)則可以設(shè)想作為蛋白類造影劑而不需要

4、染料或化學(xué)品。這是通過進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)而得到驗(yàn)證的，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，SIO被放置在可變厚度的組織切片（雞胸肉）下面。其結(jié)果示于圖3a,b中，驗(yàn)證對應(yīng)PPBG2毫米和5毫米的組織的光衰減區(qū)域的檢測能力。SIOs也可被用于色度度量檢測。例如，一種不溶于水的SIO暴露于不同濃度的葡萄糖溶液（0,5,12.5和21.25％）。不同葡萄糖濃度的溶液劑有不同的折射率，并誘導(dǎo)PPBG中的轉(zhuǎn)變，如圖3c所示。值得注意的是折射率增大的函數(shù)的斜率在減小。我們推測這是因?yàn)楦邼舛热芤旱谋砻鎻埩Ρ黄咸烟羌訌?qiáng)了。線性擬合得到的

5、靈敏度為430nmRIU-1（RIU，折射率單位），但必須指出的是，處理選擇性，靈敏度和干擾物的存在需要進(jìn)一步發(fā)展。蠶絲可以輕而易舉地?fù)诫s使得手工制作功能蛋白石變得很容易并且擴(kuò)展了蠶絲生物材料的應(yīng)用空間。作為示范，我們使用了金的納米顆粒摻雜的蠶絲溶液制造了功能性SIO.這種獨(dú)立金納米顆粒摻雜的SIO以上面所描述的類似的方式制造。通過匹配它們的吸收光譜到SIOPPBG，金納米粒子的表面等離子體吸收被增強(qiáng)。融入薄膜的金納米粒子SIOs有一個(gè)稍微不同的pPBG，發(fā)現(xiàn)反射峰出現(xiàn)在λ=512nm和546n

6、m處對應(yīng)SIOs晶格常數(shù)Λ=280圖2SIO薄膜的光學(xué)響應(yīng)，a，在白光照明空氣（左）和丙酮（右）下的圖片，清楚地顯示結(jié)構(gòu)色的變化。所有的圖像在與SIO膜垂直的方向被捕獲到。b，采用平面波展開方法計(jì)算空氣（藍(lán)色）和丙酮（紅色）中的SIO光子能帶結(jié)構(gòu)。在模擬中使用的折射率為蠶絲1.54，空氣1.36和丙酮1.00。未轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換的pPBG在圖中突出顯示。晶格常數(shù)Λ=300nm的SIO頻域反射光譜繪制在右邊，與的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。c，從300納米（左）和240納米（右）蛋白石測量得到的反射光譜。丙酮在S

7、IO上沉積時(shí)反射率峰紅移。插圖：個(gè)別發(fā)生色移的蠶絲蛋白石圖像。nm和300nm。該反射區(qū)域?qū)?yīng)于pPBG。圖4a,b顯示了金納米粒子SIOs測得的吸收光譜，同時(shí)圖中顯示的金納米粒子吸收譜，表明Λ=300nm的SIO的光子帶邊緣（λ≈525nm）增強(qiáng)了金納米粒子的吸收。以前的研究中，在光子帶邊緣處，光子傳播緩慢地通過光子晶體，加強(qiáng)了光子和大塊材料之間相互作用。即使SIOs（面心立方結(jié)構(gòu)的晶胞中SIO占用空間的分?jǐn)?shù)）的填充率只有0.26，在頻帶邊緣的局域化光子表明，該結(jié)構(gòu)能夠增加光與金納米粒子之間的

8、耦合效率。