獲獎項目簡介
2022年CAIA獎二等獎：危險品快速篩查光子晶體傳感技術(shù)
完成單位：北京理工大學(xué)
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(jìn)
成果簡介：危險品快速篩查技術(shù)是公共安全等領(lǐng)域的重大需求。光子晶體由于其結(jié)構(gòu)色可響應(yīng)外界刺激而成為理想的可裸眼檢測的快速篩查化學(xué)傳感器。目前光子晶體存在選擇性低、結(jié)構(gòu)色角度依賴、規(guī)模化制備困難、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(jìn)行了裸眼檢測，并通過模式識別技術(shù)準(zhǔn)確區(qū)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(shí)現(xiàn)了對沙林戰(zhàn)劑和有機(jī)磷毒劑的裸眼檢測。開發(fā)了用于奶制品中抗生素檢測的2D光子晶體傳感器。通過機(jī)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(jié)構(gòu)色的角度依賴性。通過開環(huán)葫蘆脲超分子的研究，實(shí)現(xiàn)了對多種單質(zhì)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(shí)現(xiàn)了對多種VOC氣體的裸眼檢測，并應(yīng)用于可穿戴設(shè)備。研制的二維光子晶體光學(xué)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(jié)兩章。研究成果發(fā)表SCI論文50篇，被引490次。培養(yǎng)研究生20名。本課題的成果對光子晶體傳感技術(shù)在危險品的快速篩查和可穿戴傳感器研發(fā)等方面有重要的指導(dǎo)意義。
創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)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(qū)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(huán)境樣品中沙林戰(zhàn)劑和有機(jī)磷毒劑的新方法；
4. 發(fā)展了利用機(jī)械臂噴涂制備大面積非晶光子晶體膜的新技術(shù)，克服了光子晶體結(jié)構(gòu)色的角度依賴性并可實(shí)現(xiàn)光子晶體材料的大規(guī)模制備；
5. 開發(fā)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(shè)備可實(shí)現(xiàn)對VOC氣體的快速檢測；
6. 設(shè)計并合成了開環(huán)葫蘆脲這一新型超分子主體；用于爆炸物的主客識別，并構(gòu)筑了爆炸物的熒光傳感器。
社會經(jīng)濟(jì)效益：本課題的研究成果在多個國防科研項目得到了應(yīng)用和驗證。
應(yīng)用前景：為公共安全、環(huán)境保護(hù)、食品安全等領(lǐng)域提供了新方法、新材料和新技術(shù)。研究成果用于爆炸物、化學(xué)戰(zhàn)劑篩查不僅有一定的軍用價值，還可用于公共安全領(lǐng)域的反恐維穩(wěn)。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(shù)。VOC以及有機(jī)磷化合物的快速篩查是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域急需的新技術(shù)，為以上污染物的防控提供了新技術(shù)、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(xué)傳感技術(shù)相比，不需要電源，節(jié)約了能源，有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。目前申請了19項專利。
