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本书依据作者研究团队以及国内外结构色材料的最新研究进展，在介绍生物结构色和光子晶体结构色的基础上，系统介绍了光子晶体结构色纳米材料的仿生制备，包括微加工制备、有序单元的制备及组装、喷墨打印制备，并介绍了其仿生调控研究，详细介绍了结构色材料在生物检测和细胞研究中的应用，阐述了结构色材料的未来发展方向和应用潜力。

本书可供从事结构色材料研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。

第1章 生物体中的结构色001

1.1　概述 002

1.1.1　颜色的产生 002

1.1.2　生物体中颜色的进化 003

1.1.3　生物结构色的分类 004

1.2　具有一维光子晶体结构的生物结构色 005

1.2.1　干涉薄膜 005

1.2.2　衍射光栅 009

1.2.3　复合结构的蝴蝶鳞片 011

1.3　具有二维光子晶体结构的生物结构色 015

1.4　具有三维光子晶体结构的生物结构色 019

1.5　生物体中的动态结构色 021

1.6　小结 023

参考文献 024

第2章 光子晶体结构色理论027

2.1　概述 028

2.2　光子晶体的基本性质 030

2.2.1　光子禁带特性 030

2.2.2　光子局域 032

2.2.3　偏振特性 033

2.2.4　抑制自发辐射 033

2.3　光子晶体的电磁场理论 033

2.4　光子晶体的能带 034

2.5　光子晶体研究的理论方法 035

2.5.1　时域有限差分法 036

2.5.2　散射矩阵法 043

2.5.3　平面波展开法 047

2.5.4　光子晶体理论分析软件 048

2.6　小结 052

参考文献 052

第3章 光子晶体结构色材料的微加工制备055

3.1　概述 056

3.2　反应离子刻蚀 057

3.3　快速成型微加工 059

3.4　激光微加工 061

3.4.1　激光产生的物理基础 061

3.4.2　激光的特点及其在光子晶体制备方面的进展 062

3.4.3　激光LIGA工艺及其应用 067

3.4.4　激光双光子直写 068

3.4.5　激光全息光刻 071

参考文献 075

第4章 结构色材料中有序单元的制备及组装077

4.1　概述 078

4.2　单分散胶体粒子的合成 079

4.2.1　单分散无机胶体粒子的合成 079

4.2.2　单分散聚合物胶体粒子的合成 084

4.2.3　单分散复合胶体粒子的合成 086

4.2.4　单分散胶体粒子的表面修饰 094

4.3　单分散胶体粒子的密堆积有序组装 096

4.3.1　传统的垂直沉积法及改进 096

4.3.2　场力诱导作用自组装 101

4.3.3　其他方法 106

4.4　单分散胶体粒子的非密堆积有序组装 107

4.4.1　静电场力 107

4.4.2　磁场力 107

4.5　多种纳米粒子的分步组装和共组装 108

4.5.1　溶剂蒸发法及改进 108

4.5.2　分步旋涂法 109

4.5.3　场力诱导共组装 109

4.6　胶体粒子的限域组装 110

4.6.1　物理模板法 110

4.6.2　化学模板法 116

4.6.3　液滴中的组装 118

4.6.4　二维界面 119

参考文献 119

第5章 喷墨打印制备图案化结构色材料127

5.1　概述 128

5.2　传统图案化结构色材料制备方法 128

5.2.1　基于模板聚合法的图案化结构色材料制备 128

5.2.2　基于微接触法的图案化结构色材料制备 135

5.2.3　基于界面诱导的图案化结构色材料制备 138

5.3　基于压电喷墨打印技术的图案化结构色材料制备 140

5.3.1　喷墨打印技术简介 141

5.3.2　喷墨打印技术的应用 142

5.3.3　喷墨打印制备自组装结构色图案 144

5.4　电喷打印技术制备图案化结构色材料 158

5.4.1　工作原理 158

5.4.2　针对结构色材料的电喷印系统改进 160

5.4.3　电喷印的加工模式 162

5.4.4　图案化打印 166

参考文献 168

第6章 结构色的调控方法173

6.1　概述 174

6.2　电调控 176

6.3　机械力调控 181

6.4　磁调控 183

6.5　温度调控 186

6.6　离子与分子调控 189

6.7　光调控 192

6.8　填充介质调控 194

参考文献 196

第7章 结构色纳米材料在生物检测中的应用201

7.1　概述 202

7.2　基于结构色材料的非标记检测 203

7.2.1　基于折射率变化的非标记检测 203

7.2.2　基于晶格间距改变的非标记检测 205

7.3　基于光子晶体的荧光增强检测 217

7.4　光子晶体编码检测 219

7.4.1　编码标记检测 219

7.4.2　编码非标记检测 225

7.5　基于结构色材料的生物分子分离 229

7.6　结构色微流控芯片 231

7.7　小结 234

参考文献 234

第8章 结构色材料在细胞研究中的应用239

8.1　概述 240

8.2　细胞在结构色材料表面的取向及诱导分化 241

8.2.1　基于拉伸反蛋白石的细胞诱导 241

8.2.2　基于胶体晶体的神经细胞诱导分化 246

8.3　基于结构色材料的细胞检测 253

8.3.1　基于多孔硅结构色材料的细胞检测 253

8.3.2　全息水凝胶细胞传感器 265

8.3.3　基于表面压印结构色材料的细胞传感 266

8.4　基于结构色微载体的细胞研究 269

8.4.1　结构色细胞微载体的基本特性 269

8.4.2　细胞培养微载体的多元评价体系 272

8.4.3　细胞捕获微载体的细胞多元评价体系 275

8.5　基于反蛋白石结构大孔支架的细胞三维培养 280

8.6　小结 285

参考文献 285

第9章 结构色材料在其他领域中的应用291

9.1　结构色材料在信息显示中的应用 292

9.1.1　结构色静态显示材料 292

9.1.2　结构色动态显示材料 294

9.2　结构色隐形眼镜 297

9.2.1　结构色隐形眼镜的制备工艺 298

9.2.2　结构色隐形眼镜的应用 302

9.3　结构色材料在无源光学器件中的应用 304

9.3.1　基于结构色材料的光栅 305

9.3.2　结构色材料在光谱分析中的应用 306

9.3.3　基于结构色材料的滤光片 308

9.4　结构色材料在光纤波导中的应用 311

9.4.1　一维光子晶体光纤 312

9.4.2　二维光子晶体光纤 314

9.4.3　三维光子晶体光纤 316

9.5　结构色材料在激光器中的应用 318

9.5.1　基于一维光子晶体结构的激光器 319

9.5.2　基于二维光子晶体结构的激光器 320

9.5.3　基于三维光子晶体结构的激光器 321

9.6　结构色材料在光催化中的应用 324

9.6.1　光能转换基本原理 325

9.6.2　结构色光催化材料 327

9.6.3　TiO2光子晶体结构在光解水中的应用 331

9.6.4　TiO2光子晶体结构在染料敏化太阳能电池中的应用 333

参考文献 335

第10章 展望341

索引 345

顾忠泽：教育部“长江学者”特聘教授、国家杰出青年基金获得者。东南大学生物科学与医学工程学院院长，教育部创新团队负责人，生物电子学国家重点实验室主任。主要从事生物电子学研究，开发了一种被国际上广泛采用的自组装光子晶体（结构色纳米材料）的制备方法；提出了通过功能分子与微纳结构的耦合，设计功能材料的设想，并基于该设想开发了一系列可用于传感的新型功能材料和器件；还创造性提出了基于自组装光子材料构建液相芯片的设想，并基于该设想建立了具有自主知识产权的生物分子的高灵敏、多组分、快速检测方法；构建了基于纳米纤维的生物反应器，并应用于临床治疗用的生物人工肝。在科研中注重原始创新和开展高水平的研究工作，研究成果在国际核心刊物上发表论文230余篇，其中影响因子大于10的论文有38篇，SCI他引5200余次。获授权专利45项，其中的6项专利已获转让752.2万元，曾获“教育部自然科学”一等奖一项，2014年还获“国际发明特别金奖”。

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书籍介绍

本书依据作者研究团队以及国内外结构色材料的最新研究进展，在介绍生物结构色和光子晶体结构色的基础上，系统介绍了光子晶体结构色纳米材料的仿生制备，包括微加工制备、有序单元的制备及组装、喷墨打印制备，并介绍了其仿生调控研究，详细介绍了结构色材料在生物检测和细胞研究中的应用，阐述了结构色材料的未来发展方向和应用潜力。

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