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聚苯乙烯胶体晶体是由单分散的聚苯乙烯乳胶粒在静电排斥作用下自组装而形成的有序晶体结构，其最主要的特征是其具有光子带隙。近年来，围绕光子带隙的移动变化在化学或生物传感器、光学、电磁场等领域备受人们关注。基于聚苯乙烯胶体晶体相对较低的表面电荷密度，表面缺少功能型基团，本文将含有羧基的聚氨酯片断引入到聚苯乙烯乳胶粒的表面，合成了具有核壳结构的聚氨酯－聚苯乙烯乳胶粒，应用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电位滴定、动态光散射(DLS)、紫外可见光透射及反射光谱等对共聚物结构进行了表征，并研究了其自组装行为。由于聚苯乙烯胶体晶体在外界条件(外力、温度、离子强度等)的变化下，其有序结构易被破坏，故将聚胶体晶体嵌入聚丙烯酰胺水凝胶载体中，在其中引入葡萄糖分子、巯基，研究了其对自由葡萄糖分子、重金属离子的敏感性，利用胶体晶体带隙的变化定量分析葡萄糖、重金属离子的浓度，制备了胶体晶体水凝胶化学传感器。为胶体晶体水凝胶在传感器领域的应用提供了新方法。另外，还研究了胶体晶体水凝胶对溶剂的敏感性；尝试了体系折射率的变化对胶体晶体带隙的影响。
采用种子乳液聚合的方法，合成了聚氨酯－聚苯乙烯共聚乳胶粒。通过红外光谱、动态光散射、电位滴定表征了其结构，扫描电镜、紫外可见光透射及反射光谱研究了共聚乳胶粒的自组装行为。实验结果表明，共聚乳胶粒具有以聚氨酯为壳、聚苯乙烯为核的核壳结构，且其粒径呈单分散性。由于含羧基的聚氨酯片断的引入，共聚乳胶粒表面电荷密度约为纯聚苯乙烯的两倍。扫描电镜表明，乳胶粒在静电排斥作用下自组装成面心(111，100)立方结构的晶体结构，晶体晶格间距为亚微米级。紫外可见光透射及反射光谱表明，自组装后的胶体晶体带隙在可见光区域，并可通过改变乳胶粒的浓度实现胶体晶体带隙在可见光区域的调节。
将胶体晶体嵌入聚丙烯酰胺水凝胶中，胶体晶体水凝胶膜反射光谱表明，胶体晶体的有序结构被嵌入水凝胶载体中，在可见光区存在光子禁带。基于水凝胶在不同环境下的体积变化，该胶体晶体水凝胶可用于化学或生物传感器。
在胶体晶体水凝胶膜中引入葡萄糖分子，其可与伴刀豆球蛋白相结合而形成交联，由于伴刀豆球蛋白更易于与自由葡萄糖分子结合而打断其与水凝胶形成的交联。利用胶体晶体带隙的位移可分析自由葡萄糖分子的浓度，且不受溶液离子强度的影响。
在胶体晶体水凝胶膜中引入巯基，由于重金属离子与巯基的络合在水凝胶内形成新的交联，水凝胶膜体积缩小，胶体晶体带隙蓝移。实验表明，1，4二巯基苏糖醇可打断形成于重金属与巯基之间的络合而使胶体晶体带隙红移。含巯基的胶体晶体水凝胶分别经重金属离子与1，4二巯基苏糖醇交替作用后，胶体晶体带隙可逆移动。含巯基的胶体晶体水凝胶在重金属离子作用下，随着重金属离子浓度的增大，交联密度逐渐增大，水凝胶不断收缩，胶体晶体带隙逐步蓝移，可用于可逆分析水中重金属离子的浓度。离子强度对含巯基的胶体晶体水凝胶有微小的作用，在高离子强度下同样可检测重金属离子的浓度。
聚丙烯酰胺胶体晶体水凝胶在甲醇、DMF的水溶液中，随着其浓度的增大，混合溶剂溶解度参数减小，胶体晶体带隙呈线型蓝移。归纳了溶解度参数的不同对胶体晶体带隙位移的影响。
由Bragg方程，当入射光垂直照射胶体晶体水凝胶表面时，除了改变胶体晶体胶粒间距而改变带隙位置，还可通过改变体系折射率改变带隙位置。本文尝试将银纳米颗粒引入胶体水凝胶中，研究其带隙变化。胶体晶体反射光谱图表明，由于低折射率的纳米银的引入，胶体晶体带隙蓝移，且反射光谱半峰宽相对增大。