[發明專利]一種粒徑和形貌可控的單分散極性異性Janus微球及其制備方法和所用的微流體控制裝置

有效

• 申請號: 201410103886.2
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103846068A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 常振旗;吳林軍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;B01L3/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及極性異性Janus微球的制備領域，具體地說涉及一種粒徑、形貌可控的單分散極性異性Janus微球及其制備方法和所用裝置。

背景技術

Janus微粒指的是含有兩種不同化學成分或表面具有不同性質的非對稱微粒，表現在微球兩面的力學性能、磁學性能、光學性能、電學性能、表面親疏水性能（極性）的不同。Janus微粒因兩面的性質不對稱，具有附加的定向作用力，借助這一定向作用力，就可以實現粒子在空間上的組裝。例如極性異性的Janus微粒，微粒兩面分別是親水部分和疏水部分，具有比一般表面活性劑更強的功能，可以充當水包油或者油包水乳液的穩定劑。同時，通過對極性異性的Janus微粒親水和疏水部分比例的調節，可以實現微球在空間的控制性組裝。由于Janus微粒特殊的物理化學性質給自組裝功能材料帶來的新思路，使這類材料在諸如功能表面活性劑、自組裝和分子識別、電子紙、光學上午傳感器、光子晶體等領域展現出廣闊的應用前景。

合成Janus微粒的方法有微流體合成法、拓撲選擇表面改性法、模板導向自組裝法、可控相分離發等。這些合成方法各有優缺點：微流體合成法是唯一一種可以一次成型制備Janus粒子的方法，流程簡單、產率較大；拓撲表面選擇改性法方式多樣，制備過程簡單、但是產率較低；模板導向自組裝法過程復雜，成本過高。目前已有的方法尚不能實現對Janus微粒單分散的控制以及尺寸和形貌的精確的調控。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種粒徑、形貌可控的單分散極性異性Janus微球的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種粒徑、形貌可控的單分散極性異性Janus微球。

本發明的第三個目的在于提供制備上述粒徑、形貌可控的單分散極性異性Janus微球所用的裝置。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明粒徑和形貌可控的單分散極性異性Janus微球的制備方法，其特征在于：分別配制極性分散相溶液、非極性分散相溶液和連續相溶液，將所述極性分散相溶液和非極性分散相溶液分別通入兩個并排固定、流出端口相貼靠且流出端口端面相平齊的毛細管，在所述毛細管的流出端口處，極性分散相溶液和非極性分散相溶液相接觸，并被連續相溶液剪切，形成單分散極性異性Janus液滴；

通過調控極性分散相溶液中表面活性劑濃度、極性分散相溶液和非極性分散相溶液的流量比，調控單分散極性異性Janus液滴的形貌，通過調節極性分散相溶液、非極性分散相溶液和連續相溶液的流量，調控單分散極性異性Janus液滴的粒徑；

依次經過紫外燈照射及加熱對所述單分散極性異性Janus液滴進行固化，即得粒徑和形貌可控的單分散極性異性Janus微球。

優選的，本發明的制備方法按如下步驟進行：

a、選擇低極性液態化合物作為連續相溶液；

b、配制極性分散相溶液：以丙烯酰胺、雙丙烯酰胺（甲叉）、過硫酸銨以及表面活性劑為溶質、以去離子水為溶劑配制所述極性分散相溶液；

c、配制非極性分散相溶液：以光引發劑為溶質、以二縮三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）為溶劑配制非極性分散相溶液；

d、將極性分散相溶液和非極性分散相溶液分別通入兩個并排固定、流出端口相貼靠且流出端口端面相平齊的毛細管，在毛細管的流出端口處，極性分散相溶液和非極性分散相溶液相接觸，并被連續相溶液剪切，形成形貌可控的單分散極性異性Janus液滴；

e、調控形貌：通過在極性分散相溶液中添加不同濃度的表面活性劑，改變極性分散相溶液與非極性分散相溶液以及極性分散相溶液與連續相溶液之間的界面張力，并調控極性分散相溶液和非極性分散相溶液的流量比，進而改變單分散極性異性Janus液滴的形貌；調控表面活性劑濃度可以改變Janus液滴中極性分散性和非極性分散相界面的曲率；通過調控流量比可以改變Janus液滴中極性分散相和非極性分散相的體積比。

f、調控粒徑：通過調控極性分散相溶液、非極性分散相溶液和連續相溶液的流量，實現單分散極性異性Janus液滴粒徑的調控；

g、依次經過紫外燈照射及加熱對所述形貌可控的單分散極性異性Janus液滴進行固化，即得所述粒徑形貌可控的單分散極性異性Janus微球。

優選的，步驟a所述低極性液態化合物為二甲基硅油、十二烷或煤油。

所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）或十二烷基硫酸鈉（SDS）。表面活性劑起著降低表面張力的作用。

所述極性分散相溶液中各原料的質量百分比為：

丙烯酰胺5%～20%；