Page 87 - 《精细化工》2023年第5期
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第 5 期            王   玉，等: RhB-PEGDA/ETPTA 光子晶体复合膜对 RhB 的荧光偏振性能调控                        ·1007·


                 荧光偏振是指发光体在受到平面偏振光源的激                          固体发光    [19-21] 。
            发下，其荧光也具有一定的偏振态。利用出射荧光                                 基于光子晶体具有偏振响应特性，本文以 SiO 2
            偏振态在电场（或磁场）的某一方向上具有明显优                             光子晶体为模板，将含有 RhB 的 PEGDA/ETPTA 混
                                          [1]
            势，可将其应用于生物分子传感 、生物分析技术                             合溶液与光子晶体复合，制备了 RhB-PEGDA/ETPTA
                                       [3]
                           [2]
            中检测金属离子 、药物筛选 等领域。目前，对于                            反蛋白石结构的光子晶体复合膜，探究了不同光子
            发光体荧光偏振的调控主要是从分子设计出发进行                             晶体层厚度、不同 PBG 复合膜对 RhB 荧光偏振性
                                    [4]
            结构的修饰，通过结构设计 、引入合适的调控环境                            能的影响。本课题组前期工作研究了光子晶体对钙
            [5] 或通过光学元件等进行物理干预等。这些常见的                          钛矿发光强度、寿命和稳定性的影响                 [22] ，本文通过
            荧光偏振调控方法存在路线较为繁琐、结构复杂、                             光子晶体的 PBG 与复合膜发射峰进行匹配，实现对
            能量损耗较多等问题。因此，简单地实现荧光偏振                             RhB 荧光偏振性能的调控。
            调控是一个有待解决的问题。
                 由周期性介电材料构成的光子晶体                 [6-9] 可作为     1   实验部分
            调控发光的一种重要方式，利用光子带隙（PBG）
                                                               1.1   试剂与仪器
            选择性反射的特点可对特定波长的光进行选择性反
                                                                   无水乙醇（C 2H 5OH），GR，国药集团化学试剂有
            射，从而起到荧光增强的效果；利用 PBG 对局域场
                                                               限公司；正硅酸乙酯（TEOS，质量分数 98%），AR，
            光子态密度重新分布的特点可调控发光体的跃迁速                             西陇化工股份有限公司；氨水（NH 3 •H 2 O，质量分数
            率，从而起到调控荧光寿命的作用                 [10-12] 。光子晶体
                                                               25%），AR，天津市大茂化学试剂厂；RhB，AR，天
            除了本身的周期性结构及晶体内部布洛赫模式的物
            理光学特性，还具有一定的偏振响应                  [13-14] ，可对在     津市光复精细化工研究所；PEGDA〔数均相对分子质
                                                               量（M n ）=250〕、ETPTA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮
            其内部传播的光波偏振态产生一定影响。然而，对
                                                               （1173），AR，德国Sigma-Aldrich 公司；去离子水，自制。
            于光子晶体调控荧光偏振性能方面的研究报道较
                                                                   RCT Basic 型电子磁力搅拌器，德国 IKA 公司；
            少，大部分研究是基于光子晶体偏振响应性能的理
            论研究。CHRISTIAN 等        [15] 从理论方面证实了三维             DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器，上海东玺
                                                               制冷仪器设备有限公司；DHG-9053A 型电热鼓风干
            光子晶体由于本身周期性的特征而具有布洛赫模
                                                               燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；AL104 型分析
            式，光波在其内部进行传播时，可发生偏振态的转
                                                               天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；SYDC-100H
            换，而在布里渊区的高对称方向上不会发生偏振态
            的转换；RYBIN 等      [16] 指出，布拉格衍射具有较强的                DIP COATER 恒温型浸渍提拉镀膜机，上海三研科技
            偏振依赖性，p 光在临界角度入射到晶体平面上禁带                           有限公司；Nova Nano SEM 450 型扫描电子显微镜，
            （衍射斑）的消失也可以说明光子晶体具有一定的                             美国 FEI 公司；WFH-204BS 手提式紫外分析仪（254、
            偏振响应；本课题组前期通过调整光源的偏振态，                             365 nm），上海科兴仪器有限公司；U-4100 型固体
            改变了 ZnS 光子晶体反射光的颜色输出，在反射角                          紫外-可见-近红外光谱仪、F-7000 型荧光光谱仪，
            接近布儒斯特角时，不同偏振角度的光源会对反射                             日本 Hitachi 公司；iPhone 数码相机，美国苹果公司；
            率的各向异性产生明显的影响，其原因可以用菲涅                             PCE-6 型等离子体清洗机，美国 MTI 公司；SK3300
            尔理论和布儒斯特效应来解释              [17] ；SAHANI 等 [18] 将   型超声波清洗器，上海科导超声仪器有限公司。
            罗丹明 B（RhB）与聚苯乙烯（PS）光子晶体混合，                         1.2   步骤
            探究了均匀介质和不均匀介质中 RhB 的透射光和荧                          1.2.1   单分散 SiO 2 胶体微球的制备
            光偏振态的变化，结果表明，PS 光子晶体的参与会                               采用改良后的 Stöber 法        [23] 制备粒径范围为
            影响 RhB 自身的发光偏振，而 PBG 对 RhB 发光偏                     200~500 nm 的单分散 SiO 2 胶体微球。具体步骤为：
            振的影响并未进行深入研究。                                      （1）制备 SiO 2 胶体微球的种子：准确称取 160 mL
                 聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和乙氧基化三                        无水乙醇、33 mL 去离子水、3~4 mL 质量分数为 25%
            羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）是较为常见的用                           的氨水溶液，依次加入 500 mL 三口烧瓶中，搅拌并
            于光固化的丙烯酸酯类聚合物，具有透光度高、低                             逐渐升温至 80  ℃，再缓慢加入 4.4 mL TEOS，恒温
            毒性、与光子晶体复合相容性优良等优势。RhB 是                           反应 10 h，经水解和缩合反应后，形成微蓝色半透明
            易聚集诱导猝灭的荧光物质，即在高浓度或固体粉                             的 SiO 2 种子溶液，通过调节所加氨水量来调节生成
            末状态下不发光，但与 PEGDA 和 ETPTA 混合溶液                      的 SiO 2 种子大小；（2）更大粒径 SiO 2 胶体微球的制
            相容性较好，利用聚合物官能团上带电离子的电荷                             备：准确称取 160 mL 无水乙醇、33 mL 去离子水、
            吸附作用以及聚合物链段的阻隔作用，可实现 RhB                           4 mL 质量分数为 25%的氨水溶液，依次加入 500 mL
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