[發明專利]一種制備Janus粒子的方法及形貌調控方法

有效

• 申請號: 202110664048.2
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113457566B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 黃才利;陳靜怡;程泉勇;朱天任;余祥
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J2/06
• 分類號: B01J2/06;B01J13/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳

本發明公開了一種制備Janus粒子的方法及形貌調控方法，屬于聚合物復合材料技術領域。將含有單體、共交聯劑和光引發劑的第一聚合物溶液滴加到超疏水基底表面形成液滴，由于液滴在超疏水基底表面會呈現很大的接觸角，因此在基底上的液滴呈球體；再將含有單體、共交聯劑和光引發劑的第二聚合物溶液滴加到液滴表面形成混合液滴，混合液滴發生相分離形成球形Janus液滴；接著在紫外光照下Janus液滴會聚合成水凝膠Janus粒子。本發明有效解決了合成系Janus粒子需消耗大量有機溶劑、難以調控形貌和設備復雜等問題，可以用來合成滿足使用者需求的復雜形貌的Janus粒子。

技術領域

本發明涉及聚合物復合材料技術領域，更具體地，涉及一種制備Janus粒子的方法及形貌調控方法，尤其涉及一種可應用于藥物運輸領域的無有機溶劑的Janus粒子簡易合成方法以及對Janus粒子進行形貌調控的新思路。

背景技術

Janus粒子是一種具有兩面及以上不同化學性質或組成的分隔膠體。由于Janus粒子具有非對稱結構，可以整合不同的功能特性，同時執行更多的協同功能，因此具有廣泛的應用前景，可以應用于環境相應載體、自組裝、顯微流變探針、固體表面活性劑等領域。同時也由于Janus粒子兩相對外界刺激的感知能力和反應能力的不同，為下一代新型智能材料提供了新的思路。

Janus粒子中心對稱缺乏這一特性是其合成過程中的巨大挑戰，因此對其合成方法的研究具有重要意義。在不考慮使用的各種材料和技術的前提下，Janus顆粒的合成可以分為兩類：表面改性和分區化合成。表面改性方法是通過表面改性的手段使各向同性粒子在表面上呈現各向異性，這通常是通過使用掩模、模板和鄰近粒子施加的幾何約束來實現的，有時還結合了物理氣相沉積和光刻技術。而分區化方法從零開始構建Janus粒子，合成的粒子在組成上就是各向異性的，通常是通過微流控和電流體動力學噴射、化學合成和聚合物自組裝等方法制備的。這些方法可能有不同的機理和關注點，有各自的優缺點，但由于分區化的方法可以做到對Janus粒子更復雜的設計，因此當下主要的合成方法是分區化合成。但分區化合成的過程中不可避免的會使用到有機溶劑，因此對不涉及有機溶劑的全水體系Janus粒子合成方法的研究十分有必要。同時，當談到Janus粒子的合成時，有兩個重要的問題需要解決：一種是控制Janus粒子幾何形狀的能力，也就是它們兩邊的相對體積。另一個是大量生產Janus粒子的能力，這對技術應用至關重要。到目前為止，人們開發了各種合成Janus顆粒的方法，但只有少數方法能同時解決這兩個問題。

以目前的微流控技術來為例，兩種不同的液體并排射流但沒有混合，在射流破碎形成的液滴包含兩個不同的部分，最后通過紫外線或熱聚合的手段來聚合或交聯成固體顆粒。在這個技術里，把這兩種不同的相分開是很重要的。這通常是通過控制流體流動保持在層流狀態，使它們平行流動并保留一個尖銳的邊界來實現的，液滴形成以后需要快速聚合以減少兩相的混合。但到目前為止，用這種方法制備的全水體系的Janus顆粒都需要消耗大量有機溶劑。低產量是另一個問題，因為流速很慢，以避免通過對流混合不同的相。目前其他的方法都有各自的優勢，可是都很難同時兼顧粒子大小、單分散性、產量、裝置復雜程度、適用性等因素。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服現有技術中合成系Janus粒子需消耗大量有機溶劑、難以調控形貌、設備復雜等技術問題，本發明目的在于提供一種簡單有效且綠色環保的全水體系Janus粒子的制備方法，并且可進一步控制Janus粒子幾何形狀，從而制得具有生物兼容性、綠色環保和形貌可調控的Janus水凝膠粒子，以滿足多樣的設計需求。

根據本發明的第一方面，提供了一種制備Janus粒子的方法，包括以下步驟：

(1)將第一水溶性單體、第一水溶性共交聯劑和第一水溶性光引發劑加入到能形成全水相分離體系的第一聚合物的水溶液中，得到第一混合物溶液；將該第一混合物溶液滴加到超疏水基底表面形成液滴；