日常生活中的金属离子无处不在,通常会通过皮肤渗透或误食等途径进入生物体内,过量沉积将会引起各种疾病,甚至威胁生命。目前的各种传统检测方法如色谱法、光谱法及电化学方法等,由于需要专门的仪器设备或样品制备复杂等缺点在实际应用中受到一定的限制。近年来,光子晶体材料由于其特殊的光学特性,在化学及生物传感领域受到广泛的关注。光子晶体的光子禁带的可调控性及其慢光子效应增强荧光的特性为高效简便检测金属离子提供了很好的思路。本文首先通过把光子晶体的禁带可调控性与聚（丙烯酸-丙烯酰胺）水凝胶体积相转变相结合,利用水凝胶上化学修饰的功能分子与金属离子专一作用引起水凝胶体积变化,从而导致光子晶体微球间距发生变化,致使光子禁带移动,水凝胶薄膜颜色也相应变化的特性,制备了高选择性、高灵敏、可视化检测金属离子的光子晶体水凝胶薄膜。其次,利用光子晶体慢光子效应增强荧光的特性,结合反蛋白石光子晶体的三维大孔网络贯穿结构,通过填充与目标金属离子具有专一络合作用的有机小分子,制备得到了高灵敏度、高选择性、可逆、快速检测金属离子的光子晶体荧光薄膜,实现了对生活中金属离子的高效检测。具体内容如下:1.通过竖直沉积法及“三明治”法制备了蛋白石型聚苯乙烯-聚（丙烯酸-丙烯酰胺）三维光子晶体水凝胶薄膜,然后修饰多巴胺,最终制备得到可视化高效检测Fe³⁺的光子晶体水凝胶传感薄膜DOPA（Hyl-PC）。利用多巴胺与铁离子的络合反应改变水凝胶上的胺基、羧基等亲水基官能团的数量,使水凝胶发生膨胀,进而引起水凝胶薄膜内光子晶体的光子禁带发生红移,薄膜的结构颜色由绿色变为红色,实现了可视化检测Fe³⁺。15 mM多巴胺修饰制备的水凝胶传感薄膜最快可在10 min内响应,禁带红移最大可达117 nm,最低检出限0.57 nM。此外,所制光子晶体水凝胶传感薄膜对Fe³⁺具有良好的选择性,为实际生活中检测Fe³⁺奠定了一定的理论基础。2.通过牺牲模板法制备了三维大孔SiO₂反蛋白石光子晶体SiO₂ IOPC,填充罗丹明6G衍生物RhM₇₁₆,制备得到Fe³⁺敏感的荧光增强型光子晶体传感薄膜。利用反蛋白石光子晶体大孔结构以及高的比表面积使Fe³⁺快速浸入,并与功能分子RhM₇₁₆发生专一的络合作用生成荧光产物RhM₇₁₆-Fe³⁺;同时通过选择光子禁带的蓝带边与荧光产物RhM₇₁₆-Fe³⁺发射波长相匹配的光子晶体,利用慢光子效应增强RhM₇₁₆-Fe³⁺的荧光,实现了对Fe³⁺的快速高灵敏检测。所制传感薄膜浸入Fe³⁺溶液中1 min便可明显看到荧光变化,最低检出限0.18 nM。另外,因为乙二胺四乙酸（EDTA）与Fe³⁺具有比RhM₇₁₆分子更强的络合能力,响应后的传感薄膜用EDTA溶液清洗可除去被RhM₇₁₆络合的Fe³⁺,从而使传感薄膜再生,可以重复使用,实现了可逆性检测。因此,所制备的荧光传感薄膜实现了快速、高灵敏、高选择性及可逆性检测Fe³⁺。该传感薄膜被有效的用于YH水及食物中铁离子的检测。3.设计合成了罗丹明B衍生物RhM₇₅₂,填入SiO₂反蛋白石光子晶体制备得到高效检测Hg²⁺的光子晶体荧光传感薄膜。当所制传感薄膜浸入汞离子溶液中,5 min内便可观察到荧光,这是由于汞离子与RhM₇₅₂作用生成荧光络合物,反蛋白石的三维大孔贯穿结构有利于汞离子的快速扩散;此外,选择光子禁带蓝带边与荧光产物发射波长相匹配的光子晶体,利用慢光子效应可以有效放大荧光信号,提高检测灵敏度,最低检出限0.33 nM;由于汞离子与RhM₇₅₂的专一络合作用,所制传感薄膜具有良好的选择性和抗干扰性;利用EDTA对汞离子更强的络合能力可去除与RhM₇₅₂已络合的汞离子,传感薄膜可再次被激活,可重复使用。将所制传感薄膜应用于化妆品中汞含量的检测,结果表明该传感薄膜可以作为一种有效检测汞离子的平台应用于实际生活中。