一種聚合物光子晶體微球、及其製備與應用的製作方法
2023-04-30 05:02:21
本發明屬於光子晶體材料領域，更具體地，涉及一種聚合物光子晶體微球、及其製備與應用，該聚合物光子晶體微球是種響應性的聚合物光子晶體微球，能夠對特定有機溶劑、pH值和離子進行多重響應。
背景技術：
光子晶體是由不同折射率的材料在空間交替構成的一種周期性結構，其最根本的特徵是具有光子禁帶，即波長落在其禁帶中的光被禁止傳播並反射，從而顯示出此種波長光的顏色。由於其獨特的光學性質，光子晶體被廣泛應用於多種光學器件(如調製器、傳感器、顯示器等)。
傳統意義上的光子晶體內部結構通常是納米粒子的有序堆積，如二氧化矽納米粒子和聚苯乙烯納米粒子，其組成的有序結構在外界條件(如溫度、溶劑和機械力等)作用下容易被破壞，且製備過程繁瑣、耗時(需要引入交聯)。另外，有序堆積對納米粒子的單分散性要求很高。同時，在另一方面，基於有序堆積形成的光子晶體薄膜或塊體的光學禁帶會受到入射光角度的影響，不利於其在檢測應用的準確的定量化及可視化。因而，發展新的光子晶體的快速製備技術，減少或避免對入射光反射光角度的依賴性對於進一步拓展光子晶體材料的應用具有重要意義。具有特定有機溶劑、pH值和離子響應的光子晶體微球是利用具有響應性鏈段的嵌段共聚物自組裝形成的具有周期內部結構的光學材料。通過溶液中特定有機溶劑的刺激、pH值的改變和離子交換，微球內部的響應性鏈段所處的相區會發生體積變化，從而改變光子晶體的內部周期長度和折射率，使布拉格衍射峰位置發生變化。在通過顯微鏡或裸眼可以直觀地觀察到所發生的顏色變化，從而可以持續地監測溶液的pH值、離子種類或者有機溶劑的濃度。另外，聚合物光子晶體微球具有較快的響應性，在10秒內就能觀察到明顯的顏色變化，且當環境發生較小的pH變化(約0.2)或較小的有機溶劑濃度變化(約8％)就能觀察到大於50nm的反射峰位移,便於檢測和裸眼觀察。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在於提供一種聚合物光子晶體微球、及其製備與應用，其中通過對製備方法中關鍵的製備工藝整體流程設計、以及各個反應步驟的參數、條件等進行改進，同時利用微流控與聚合物自組裝原理、並將兩者有機結合，與現有技術相比能夠有效解決光子晶體製備周期長、過程繁瑣、體系複雜、響應性單一、角度依賴性大的問題，本發明中的聚合物光子晶體微球對有機溶劑、pH值和離子種類均具有響應性；並且，該聚合物光子晶體微球採用的嵌段共聚物PS-b-P2VP，其鏈段是以包圍該微球中心的、多個層狀結構的形式排列的，即在光子晶體微球中形成有序層狀結構，對該聚合物光子晶體微球的響應性具有重要影響。
為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種聚合物光子晶體微球的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：
(1)溶液的製備：
將嵌段共聚物聚苯乙烯-聚2-乙烯基吡啶PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到作為微流控體系的分散相的PS-b-P2VP溶液；
將表面活性劑聚乙烯醇PVA溶解在去離子水中，得到作為微流控體系的連續相的PVA溶液；
將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶解在去離子水中，得到作為退火外界環境的CTAB溶液；
所述PS-b-P2VP溶液的濃度為1～15mg/mL，所述PVA溶液的濃度為0.5～20mg/mL，所述CTAB溶液的濃度為0.5～5mg/mL；
(2)微流控晶片的設置：
所述微流控晶片包括第一內管、第二內管、外管、以及外管進樣頭，所述外管的直徑均大於所述第一內管、以及所述第二內管，所述第一內管、以及所述第二內管均套設在所述外管之中；
其中，所述第一內管延伸出所述外管的一端為進樣口，所述第一內管伸入到所述外管內部的另一端呈直徑縮小的尖端；
所述第二內管延伸出所述外管的一端為出樣口；
所述外管進樣頭設置在所述外管上，用於向所述外管中通入所述步驟(1)得到的所述PVA溶液；該外管進樣頭在所述外管的中心軸線上的投影位於所述第一內管在該外管中心軸線上的投影的內部；
此外，所述外管的兩個埠封閉；
(3)聚合物乳液液滴的製備：
利用注射泵分別將所述步驟(1)中得到的所述PVA溶液作為連續相導入到所述步驟(2)中的所述外管進樣頭，並將所述步驟(1)中得到的所述PS-b-P2VP溶液作為分散相導入到所述步驟(2)中的所述進樣口；調節流速，使所述分散相的流速為50～600μL/h，所述連續相的流速為800～5000μL/h，在所述步驟(2)中的所述出樣口即得到分散在PVA溶液中的、且尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；然後，將分散有PS-b-P2VP乳液液滴的PVA溶液在30～50℃下靜置，使有機溶劑揮發即得到聚合物微球；
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：
將所述步驟(3)得到的所述聚合物微球分散到所述步驟(1)得到的所述CTAB溶液中，然後在35～50℃下於氯仿蒸汽下進行退火處理36～72h，即得到嵌段聚合物光子晶體微球。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(1)中，
所述PS-b-P2VP溶液的濃度為3～10mg/mL；優選的，所述PS-b-P2VP的相對分子量(Mw)為250000～280000；所述有機溶劑為氯仿或者二氯甲烷。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(1)中，所述PVA的相對分子量(Mw)為21000～27000，水解度為87～89％。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(1)中，所述CTAB溶液的濃度為2～4mg/mL。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(2)中，所述第一內管、所述第二內管、以及所述外管三者的中心軸線相互重合；
對於所述第一內管，所述尖端的末端直徑為20～140μm；優選的，所述尖端的末端直徑為40～100μm；
所述外管進樣頭位於所述第一內管與所述外管的連接處；
所述外管的兩個埠通過環氧樹脂封閉。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(3)中，在所述靜置揮發過程中，所述分散有PS-b-P2VP乳液液滴的PVA溶液的液面高度保持為4～10mm；優選為4～8mm。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(4)中，在所述退火處理過程中，分散有聚合物微球的CTAB溶液的液面高度保持為5～8mm。
作為本發明的進一步優選，所述步驟(4)得到的所述嵌段聚合物光子晶體微球的直徑為12～150μm。
按照本發明的另一方面，本發明提供了一種聚合物光子晶體微球，其特徵在於，包括嵌段共聚物聚苯乙烯-聚2-乙烯基吡啶PS-b-P2VP，該PS-b-P2VP中，聚苯乙烯PS的質量分數優選為40％到60％；
此外，該聚合物光子晶體微球具有pH值響應、有機溶劑響應和離子響應；
優選的，在所述聚合物光子晶體微球中，所述嵌段共聚物PS-b-P2VP的鏈段是以包圍該微球中心的、多個層狀結構的形式排列的。
作為本發明的進一步優選，所述聚合物光子晶體微球的有機溶劑響應光譜範圍為460nm至720nm，pH值響應光譜範圍為460nm至680nm，離子響應光譜範圍為470nm至630nm。
按照本發明的又一方面，本發明提供了上述聚合物光子晶體微球在反射模式顯微鏡檢測中的應用。
作為本發明的進一步優選，所述反射模式顯微鏡檢測是針對有機溶劑、pH值或離子種類的檢測。
按照本發明的再一方面，本發明提供了上述聚合物光子晶體微球在生物傳感器、化學傳感器、或吸附指示劑中的應用。
本發明是先以PS-b-P2VP溶液作為微流控體系的分散相、以PVA溶液作為微流控體系的連續相，並利用具有特定結構的微流控晶片，得到分散性好、尺寸均一的聚合物乳液液滴，然後揮發液滴中的溶劑得到聚合物微球；接著，再以CTAB溶液作為退火外界環境將聚合物微球在特定溫度、及氣體環境下進行退火處理，最終得到了嵌段聚合物光子晶體微球。本發明通過控制各個製備步驟中的反應物(如分散相、連續相等)的濃度、反應條件(如，分散相、連接相的流速，退火溫度及氣氛環境等)，對微流控工藝、以及聚合物自組裝工藝進行嚴格控制，最終製得了具有有序層狀結構的聚合物光子晶體微球，即，鏈段是以包圍該微球中心的、多個層狀結構的形式排列的嵌段共聚物PS-b-P2VP微球；由於該有序層狀結構是三維完全對稱的，在通過球心的任何方向上都呈現層狀周期結構的特質，所以微球表現出來的光學性能是不受角度限制的，並且在中心部分會有很強的光學信號；另外這種封閉結構使微球在響應時的體積不會發生很大的變化，便於觀察，對該聚合物光子晶體微球的響應性(如有機溶劑響應性、pH值響應性、以及離子種類響應性等)具有重要影響。
總體而言，本發明所述的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
(1)納米粒子有序堆積結構的光子晶體在外界條件下易被破壞、體系複雜、製備過程繁瑣。本發明提供的聚合物光子晶體微球的製備方法結合了微流控技術通過嵌段共聚物受限自組裝形成的微球本體就具有光響應性，體系簡單，製備過程簡便，僅包括乳液液滴製備、溶劑揮發和退火步驟。
(2)所製備聚合物光子晶體微球重複性好。
(3)由於聚合物P2VP嵌段的多重響應性使聚合物光子晶體微球具有特定有機溶劑、pH值和離子的多重響應性。
(4)本發明中的聚合物光子晶體微球，對特定有機溶劑、pH值或離子種類均可響應；本發明提供的聚合物光子晶體微球的顏色純淨，不含雜質色，在特定有機溶劑(如甲苯、乙醇、甲醇、N，N-二甲基甲醯胺)、pH值改變和離子交換下有明顯的顏色變化。
(5)所製備的聚合物光子晶體微球響應所需時間短(10秒以內)，很小的pH變化(約0.2)或很小的有機溶劑濃度變化(約8％)就能觀察到50nm的反射峰位移。
(6)所得聚合物光子晶體微球不僅具有響應性，還具有可設計性。P2VP鏈段經季銨化之後可以負載不同種類的功能性無機納米粒子或蛋白質等來改變折射率或相區長度等來達到顯示特徵顏色的目的。
附圖說明
圖1是實施例1中聚合物光子晶體微球在不同濃度的乙醇水溶液中的反射光譜圖。
圖2是實施例1中聚合物光子晶體微球在不同pH值的鹽酸溶液的反射光譜圖。
圖3是實施例1中聚合物光子晶體微球在濃度為0.05mol/L不同種類離子溶液中的反射光譜圖。
圖4是微流控晶片示意圖。
圖5是實施例1中聚合物光子晶體微球在不同濃度乙醇水溶液中的反射模式顯微鏡照片(其中圖5f中的標尺適用於該圖5中的其它圖片)。
圖6是是實施例1中聚合物光子晶體微球的內部切片結構的透射電鏡表徵結果。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
本發明中的聚合物光子晶體微球由嵌段共聚物聚苯乙烯-聚2-乙烯基吡啶(PS-b-P2VP，CAS號：24980-54-9)組成；所述共聚物PS-b-P2VP鏈段以類似洋蔥的同心層狀結構排列組成光子晶體微球，光子晶體微球直徑為12～150μm。
本發明提供的聚合物光子晶體微球，其具有單一的顏色，在不同pH值的緩衝溶液、不同的離子中或不同濃度的特定有機溶劑中，反射光波長位移大，呈現出反射模式顯微鏡下可見的顏色變化。本發明提供的聚合物光子晶體微球，其製備方法，包括以下步驟：
(1)溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑(如氯仿)中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑聚乙烯醇(PVA)溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為1～15mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為0.5～20mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為0.5～5mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1(即，第一內管)和內管2(即，第二內管)、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑可以為20～140μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
內管2距內管1尖端末端的距離可以為10～1000μm，外管的直徑可以為800～1200μm，要大於內管1和內管2兩者的直徑(內管1的直徑是指內管1的最大直徑，如平口處的直徑)；內管1和內管2兩者的直徑可以相等，也可以不同(例如，內管2的直徑只要大於內管1尖端末端的直徑即可)，例如，內管1的直徑可以為700μm，內管2的直徑可以為600μm。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為50～600μL/h，連續相流速為800～5000μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；優選的，當PVA水溶液的液面高度為4～10mm時，在30～50℃下使氯仿(包括少部分水)揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
由於微流控晶片中，外管的兩個埠封閉，當製備聚合物乳液液滴時，由於進樣口通入PS-b-P2VP溶液，通過外管進樣頭通入到該外管內的PVA水溶液將與PS-b-P2VP溶液混合後，只能從出樣口流出，即得到聚合物乳液液滴。
揮發處理時，液面高度(即PVA水溶液的液面高度)將會影響溶劑揮發的速度，速度過快會導致自組裝時間不夠造成微球內部結構紊亂，過慢會導致微球的形貌發生塌縮；因此，本發明優選在當PVA水溶液的液面高度為4～10mm(更優選為4～8mm)時，在30～50℃下開始揮發處理。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在35～50℃(如45℃)下處於氯仿蒸汽下進行退火36h～72h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
其中，PS-b-P2VP相對分子量(Mw)優選為260,000。
其中，PVA相對分子量(Mw)優選為21,000，水解度為87～89％。
其中，退火過程中水層高度優選為6mm。
所述微球的有機溶劑響應光譜範圍為460nm至720nm，pH響應光譜範圍為460nm至680nm，離子響應光譜範圍為470nm至630nm。
按照該方法能快速製備所述聚合物光子晶體微球，製備流程僅需30分鐘左右。
本發明提供的聚合物光子晶體微球可應用於各種光子晶體常用領域，如生物/化學傳感器、各類檢測器以及吸附指示劑，尤其可針對有機溶劑、pH值、或離子種類進行響應。在上述應用中，本發明的微球適用於顯微鏡檢測，尤其是溶液pH值，特定有機溶劑和離子種類檢測。微球本身呈無色，隨著pH的減小、特定有機溶劑濃度加大和離子種類的改變而產生顏色並由藍到紅變化，呈現出非常靈敏的微觀顏色變化。
以下為具體實施例：
實施例1
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為1mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為0.5mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為5mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為20μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為50μL/h，連續相流速為800μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為4mm時，在30℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
實施例2
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；每毫升分散相溶液含有PS-b-P2VP 5mg，每毫升連續相溶液含有PVA 3mg，每毫升退火外界環境溶液含有CTAB 3mg。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為60μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為100μL/h，連續相流速為1500μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為5mm時，在30℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
實施例3
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為5mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為5mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為3mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為80μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為200μL/h，連續相流速為2000μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為5mm時，在35℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
實施例4
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為8mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為8mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為2mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為80μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為300μL/h，連續相流速為3500μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為7mm時，在40℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
實施例5
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為8mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為8mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為3mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為80μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為350μL/h，連續相流速為3500μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為8mm時，在45℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述嵌段聚合物光子晶體微球。
實施例6
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為12mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為12mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為1mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為140μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為500μL/h，連續相流速為4000μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為8mm時，在45℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述聚合物光子晶體微球。
實施例7
本實施例中的聚合物光子晶體微球，按照如下方法製備：
(1)所需溶液的製備：將嵌段共聚物PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到微流控體系的分散相；將表面活性劑PVA溶解在去離子水中，得到微流控體系的連續相；將表面活性劑CTAB溶解在去離子水中，得到退火外界環境溶液；分散相PS-b-P2VP溶液的濃度為15mg/mL，連續相PVA溶液的濃度為20mg/mL，退火外界環境CTAB溶液濃度為1.5mg/mL。
(2)微流控晶片的製備：晶片包括內管1和2、外管和外管進樣頭；兩根內管與外管共中心軸套接；內管1一端為尖端並伸入外管內部至中心，尖端直徑為140μm，另一端平口作為進樣口；內管2兩端均為平口，一端伸入外管內部靠近尖端，另一端為出樣口；外管進樣頭嵌合在外管與內管1的連接處，晶片連接處通過環氧樹脂封閉起來。
(3)聚合物乳液液滴：將由共聚物PS-b-P2VP的有機溶液作為分散相和PVA水溶液作為連續相通過注射泵分別導入步驟(2)中所述內管進樣口和外管進樣頭，並調節分散相流速為600μL/h，連續相流速為5000μL/h，在出樣口得到分散在PVA水溶液中的尺寸均一的PS-b-P2VP乳液液滴；當PVA水溶液的液面高度為10mm時，在50℃下使有機溶劑揮發兩天後得到肉眼可見的白色聚合物微球。
(4)溶劑退火獲得光子晶體微球：將通過步驟(3)得到的聚合物微球分散到CTAB水溶液中，在45℃下處於氯仿蒸汽下進行退火36h，得到所述聚合物光子晶體微球。
在上述應用中，本發明的微球適用於顯微鏡檢測，尤其是溶液pH值，特定有機溶劑和離子種類檢測。微球本身呈無色，隨著pH的減小、特定有機溶劑濃度加大和離子種類的改變而產生顏色並由藍到紅變化，呈現出非常靈敏的微觀顏色變化。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。