[发明专利]一种光子晶体复合型压力传感器及其制备方法和光学检测方法

权利要求书

1.一种光子晶体复合型压力传感器，其特征在于，包括柔性基体以及光子晶体，所述光子晶体分布在所述柔性基体的表面或内部，所述光子晶体能够响应所述柔性基体的形变产生光学信号变化；其中，所述柔性基体为蛋白基凝胶，所述压力传感器的压力响应范围可控，可通过所述柔性基体的尺寸进行调节。

2.根据权利要求1所述的光子晶体复合型压力传感器，其特征在于，所述柔性基体具有弹性恢复特性。

3.根据权利要求1所述的光子晶体复合型压力传感器，其特征在于，所述光子晶体为周期性排布具有光子禁带特性的光子晶体结构，选自限定间距排列的蛋白石型光子晶体、限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体、周期性排布的阵列型光子晶体或周期性排布的螺旋型光子晶体。

4.根据权利要求1所述的光子晶体复合型压力传感器，其特征在于，所述光学信号为反射率、荧光发射率或上转换发光率，在0-10KPa范围内，所述光学信号的峰位强度随压力呈线性变化。

5.一种制备如权利要求1所述光子晶体复合型压力传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备光子晶体前驱液，光子晶体前驱液含有单分散聚合物微球乳液，所述聚合物微球选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚N-异丙基丙烯酰胺微球中的一种或多种；

S2、制备基体前驱液；其中，所述基体前驱液为角蛋白凝胶前驱液；所述制备基体前驱液具体为：将羊毛纤维依次用丙酮和乙醇清洗2小时，以去除油脂和杂质，自然干燥；将洗净的5g羊毛纤维浸入100mL含有7mol/L尿素、0.08mol/L硫化钠和0.8g十二烷基硫酸钠的水溶液中，在50℃搅拌8小时后，过滤并用去离子水透析后，得到浓度为5％(w/v)的角蛋白溶液；将浓度为150mg/mL四臂聚乙二醇硫醇超声溶解在三乙醇胺中作为交联剂，然后将角蛋白溶液和交联剂按照1:1的体积比混合，稀释或浓缩得到角蛋白凝胶前驱液；

S3、复合所述光子晶体前驱液和所述基体前驱液，得到光子晶体复合型压力传感器。

6.根据权利要求5所述的光子晶体复合型压力传感器的制备方法，其特征在于，所述光子晶体材料为限定间距排列的蛋白石型光子晶体，其中，按以下步骤复合所述光子晶体前驱液和所述基体前驱液：

将所述基体前驱液与所述光子晶体前驱液均匀混合，室温下晾干10-30min；或者：

将所述基体前驱液滴加在基底上，晾干形成凝胶；在所述凝胶上涂覆所述光子晶体前驱液，室温下干燥10-30min得到光子晶体复合型压力传感器。

7.根据权利要求5所述的光子晶体复合型压力传感器的制备方法，其特征在于，所述光子晶体材料为限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体，按以下步骤复合所述光子晶体前驱液和所述基体前驱液：

将所述光子晶体前驱液滴加在基底上后烘干，得到牺牲模板；

将所述基体前驱液浇筑至所述牺牲模板中，室温静置8-12h后转移至四氢呋喃中浸泡3-5h，得到反蛋白石型光子晶体复合型压力传感器。

8.一种制备如权利要求1所述光子晶体复合型压力传感器的方法，其特征在于，所述光子晶体材料为周期性排布的阵列型光子晶体，包括如下步骤：

制备基体前驱液；其中，所述基体前驱液为角蛋白凝胶前驱液；所述制备基体前驱液具体为：将羊毛纤维依次用丙酮和乙醇清洗2小时，以去除油脂和杂质，自然干燥；将洗净的5g羊毛纤维浸入100mL含有7mol/L尿素、0.08mol/L硫化钠和0.8g十二烷基硫酸钠的水溶液中，在50℃搅拌8小时后，过滤并用去离子水透析后，得到浓度为5％(w/v)的角蛋白溶液；将浓度为150mg/mL四臂聚乙二醇硫醇超声溶解在三乙醇胺中作为交联剂，然后将角蛋白溶液和交联剂按照1:1的体积比混合，稀释或浓缩得到角蛋白凝胶前驱液；

向所述基体前驱液中加入光引发剂，混合均匀后涂敷在基底上，以矩阵型图案的光刻模板作为掩模版，紫外光下聚合成胶，得到矩阵型光子晶体复合型压力传感器。