光子晶体翻译

图 1.独立丝状蛋白石制作步骤.a,b从家蚕的茧中获得光学级丝素蛋白溶液.c,在硅的衬底上生成直径分别为250,320和350nm的PMMA蛋白石球.d, 丝素蛋白溶液渗透到硅上的蛋白石.e,干燥后,从硅晶片上移除丝膜.独立丝膜中的PMMA球溶解在丙酮中.用氮气鼓风机除去SIO膜空隙中的丙酮.该图是2.5×1.5厘米带有反蛋白石的独立丝膜图案的图片. 相应的SEM图像显示的是绿色（左）和蓝色（右）丝状蛋白石。比例尺,500nm.

无论是通过掺杂丝绸或填充相应的结构，这都是可以实现的。白光照明下使用光学装置收集可见光-近红外反射光谱测量光谱响应。减小折射率的折射差值,反射峰所对应的波长红移。要简单地说明这个概念，我们在丙酮中暴露SIO，丙酮具有足够低的表面张力来渗透纳米结构的晶格和足够的挥发性从而不造成任何蛋白基质膨胀。丙酮（n≈1.36）导致折射率对比度从原始的Δ≈0.54减小到Δ≈0.18，从而使得pPBG的转换频率降低。图2显示了这些结果。图2a中可以观察到清晰的结构颜色变化，以及在图2b中所计算的能带结构和图2c中的实验结果。在图2c中可以很清楚的看到两个反射峰。第一个出现蓝颜色的峰集中在λ=438nm处，相应的SIO晶格常数Λ=240nm，第二个绿色的峰集中在λ=540nm处，相应SIO 晶格常数Λ=300nm。峰的位置和移位的幅度与从的PPBG计算得到的理论估计一致。

有能力制造出一个三维的纳米结构光子晶格完全是由于蚕丝提供了更多的机会，因为它是具有生物相容性，可降解和可植入性的材料。一个对全蛋白谱元素如SIOS可能的应用，是在生物体组织内使用它们，以提供非内源性的光谱特征。假如在一个高度分散的环境中，

如活组织，PPBG仍然可检测，那么这些结构则可以设想作为蛋白类造影剂而不需要染料或化学品。这是通过进行体外实验而得到验证的，在这个实验中，SIO被放置在可变厚度的组织切片（鸡胸肉）下面。其结果示于图3a,b中，验证对应PPBG2毫米和5毫米的组织的光衰减区域的检测能力。SIOs也可被用于色度度量检测。例如，一种不溶于水的SIO暴露于不同浓度的葡萄糖溶液（0,5,12.5和21.25％）。不同葡萄糖浓度的溶液剂有不同的折射率，并诱导PPBG中的转变，如图3c所示。值得注意的是折射率增大的函数的斜率在减小。我们推测这是因为更高浓度溶液的表面张力被葡萄糖加强了。线性拟合得到的灵敏度为430 nm RIU-1（RIU，折射率单位），但必须指出的是，处理选择性，灵敏度和干扰物的存在需要进一步发展。

蚕丝可以轻而易举地掺杂使得手工制作功能蛋白石变得很容易并且扩展了蚕丝生物材料的应用空间。作为示范，我们使用了金的纳米颗粒掺杂的蚕丝溶液制造了功能性SIO.这种独立金纳米颗粒掺杂的SIO以上面所描述的类似的方式制造。通过匹配它们的吸收光谱到SIO PPBG，金纳米粒子的表面等离子体吸收被增强。融入薄膜的金纳米粒子SIOs有一个稍微不同的pPBG，发现反射峰出现在λ=512 nm和546 nm处对应SIOs晶格常数Λ=280

图2 SIO薄膜的光学响应，a，在白光照明空气（左）和丙酮（右）下的图片，清楚地显示结构色的变化。所有的图像在与SIO膜垂直的方向被捕获到。b，采用平面波展开方法计算空气（蓝色）和丙酮（红色）中的SIO光子能带结构。在模拟中使用的折射率为蚕丝1.54，空气1.36和丙酮1.00。未转换和转换的pPBG 在图中突出显示。晶格常数Λ=300nm的SIO频域反射光谱绘制在右边，与的能带结构进行比较。c，从300纳米（左）和240纳米（右）蛋白石测量得到的反射光谱。丙酮在SIO上沉积时反射率峰红移。插图：个别发生色移的蚕丝蛋白石图像。

nm和300 nm。该反射区域对应于pPBG。图4a,b显示了金纳米粒子SIOs测得的吸收光谱，同时图中显示的金纳米粒子吸收谱，表明Λ=300nm的SIO的光子带边缘（λ≈525nm）增强了金纳米粒子的吸收。以前的研究中，在光子带边缘处，光子传播缓慢地通过光子晶体，加强了光子和大块材料之间相互作用。即使SIOs（面心立方结构的晶胞中SIO占用空间的分数）的填充率只有0.26，在频带边缘的局域化光子表明，该结构能够增加光与金纳米粒子之间的耦合效率。