有序微结构制备技术和微尺度上有序物质性质的研究已经成为当代科学和技术的重点之一。其中以基本的纳米颗粒通过自组装形成各种有序微结构尤其具有重要的意义。胶体晶体正是这样一类由一种或多种单分散胶体粒子组装而成的二维或三维特殊的有序微结构材料，在光学、电学、传感、催化、分离等诸多领域有着广泛的应用，长期以来一直是研究的热点。因此，本论文合成了多种用于自组装的单分散胶体粒子，用胶体微球自组装技术制备了各种有序微结构并发掘了它们在与生物医学工程有关的光学器件、生物化学分子检测等领域的一些应用。具体研究内容有：　　 (1)合成了用于胶体晶体组装的单分散聚合物胶体微球（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯）和单分散实心二氧化硅胶体微球，通过控制加料量可以很好的调节微球的尺寸。还以实心二氧化硅微球为种子合成了具有极高比表面积的单分散介孔二氧化硅胶体微球，该方法可以很好的控制微球尺寸，保持微球良好的单分散性，为高灵敏度胶体光子晶体传感器的开发提供了基础。此外我们还阐明了这种介孔二氧化硅微球的形成机理。我们还合成了成分为HSiO1.5的有序介孔微球，并以它为前驱体通过热处理的方法原位合成了具有荧光特性的纳米晶硅/二氧化硅复合有序介孔微球，在发光光子晶体、纳米载药与细胞成像等方面有着重要的应用价值。　　 (2)以合成的单分散胶体微球作为基础材料，用垂直沉积法等制备得到了高质量的聚苯乙烯和二氧化硅蛋白石结构胶体晶体，并以此为模板进而得到了各种有机、无机材料的反蛋白石有序多孔结构。我们还利用薄膜拉伸的方法在聚合物反蛋白石膜的基础上获得了多种各向异性的有序多孔结构，根据拉伸处理方法的不同获得不同的各向异性结构；利用可控周期提拉法制备出具有各种周期的胶体晶体条带的有序分级结构。还把聚合物反蛋白石膜与激光刻蚀技术相结合制备出带状和点状有序微结构阵列。这些研究为有序微结构材料在构建光学器件、生物化学传感、细胞支架材料等方面的应用提供了基础。　　 (3)具备通过外界激励来调节光子带隙的能力对光子晶体显得尤为重要，尽管目前已经有了许多关于设计和制备可调制光子晶体的报道，但是构建具有双折射性质的光调制光子晶体却很鲜见。本文利用单轴拉伸的聚甲基丙烯酸甲酯反蛋白石微结构对液晶分子的定向作用首次得到了可调制双折射光子晶体。这种双折射光子晶体在平行于拉伸方向上存在光子禁带而在垂直方向上不存在禁带。禁带可以通过光调制，在两个方向上实现不同的转变。在切换紫外光激励时，平行方向上发生禁带位置移动；而垂直方向上发生的是禁带的开关。此外，还利用这种双折射光子晶体设计了一种具有独立双禁带的光子晶体器件。这种具有特殊光学性质的双折射光子晶体为在不同偏振方向上独立设计禁带提供了一种新途径，有望在偏振显示，偏振分光器，偏振保持光波导等方面产生重要应用价值。　　 (4)编码载体和靶物分析是开发悬浮序列的两项关键技术，本文基于二向色性染料的偏振发光比率，提出了一种新的微载体编码方式。在一片载体中掺入一种染料通过拉伸诱导染料取向就可产生众多的编码。这种编码方式可以巧妙的避免由光漂白导致的错码问题，具有很好的稳定性。同时，我们还将微载体设计成反蛋白石结构，与光子晶体非标记检测技术相结合，避免了标记检测的一些缺陷，有望在基因表达研究、药物筛选和医学诊断等领域得到应用。　　 (5)人工嗅觉系统医学诊断、本土安全、工业生产控制等领域有着极其重要的应用。本文提出了一种基于催化剂掺杂的三氧化钨反蛋白石光子晶体构建新型人工光子鼻的构想，并以掺铂的三氧化钨反蛋白石光子晶体氢气传感器作为初步尝试。利用氢气和掺铂的三氧化钨之间的特异性反应引起光子晶体特征反射峰的改变，从高浓度（最高爆炸极限以上）到低浓度（最低爆炸极限以下）的氢气都可以在室温条件下被检测出来。这种气体传感器不仅通过反射光强度的变化还通过其波长的移动来识别氢气，具有响应时间快、可重复性和敏感性好等优点，为以催化剂掺杂的三氧化钨反蛋白石传感器为基础设计制备新型的人工光子鼻提供了研究基础。