[發明專利]pH響應雙向運動的Janus微馬達及其制備方法

有效

• 申請號: 202110678940.6
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113354950B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 張澤新;謝文慶
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08G77/20
• 分類號: C08G77/20;C08L83/07;C08K3/22
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發明提供一種pH響應雙向運動的Janus微馬達及其制備方法。傳統合成Janus微馬達的方法對設備要求較高，還不能實現批量生產，制備微馬達的形狀單一、無法調整，且大多數微馬達不能實現在復雜微環境中運動(不同pH值)。為了解決上述問題，本申請采用的技術方案是提供一種新的Janus微馬達，所述微馬達由聚硅氧烷(PTPM)和TiO₂微球組成。該Janus微馬達能夠感知周圍環境中pH值的變化來自動調節運動速度和方向。它們有望用于藥物運輸，環境監測和傳感應用領域；該Janus微馬達的均勻度較高，且形狀可調節；該Janus微馬達的制備工藝簡單，對設備要求低，可批量生產，具有極大的應用前景和推廣價值。

技術領域

本發明具體涉及一種pH響應雙向運動的Janus微馬達及其制備方法。

背景技術

Janus微馬達具有兩種不同的化學或物理特性，它能夠從其周圍環境中獲取能量實現自動推進。在有外部刺激(如光)的情況下，Janus微馬達消耗燃料產生梯度場，并且它們的兩個不同面破壞了場對稱性，使Janus微馬達能夠自主推進。這使它們成為傳感應用領域極具吸引力的候選者。

Janus微馬達是在液體環境中實現驅動的，而溶液對于Janus微馬達的運動速度有很大的影響。直到現在只有小部分Janus微馬達被報道在不同pH值的液體環境中具有不同的運動行為，例如微馬達在不同pH值的H₂O₂溶液中表現出不同的運動速度(L.Liu,Y.Dong,Y.Sun,M.Liu,Y.Su,H.Zhang,B.Dong,Nano Research 2016,9,1310-1318；J.G.Moo,H.Wang,M.Pumera,Chemistry 2016,22,355-360)。而能夠實現Janus微馬達雙向運動的報道更少，Janus微馬達在不同pH值的H₂O₂溶液中實現雙向運動是一個非常新穎有趣的研究方向，它有望用于藥物往返運輸和環境監測。

此外，Janus微馬達已越來越多地被用作模仿生物并了解其在稠密狀態下的集體行為的模型系統。對于模型系統，微馬達在大小和形狀上都必須是統一，且需實現大規模量產。

目前大多數Janus微馬達是通過物理氣相沉積法和模板法制備的，這些方法不僅對設備要求較高，還不能實現微馬達的量產，制約其發展與應用。傳統合成Janus微馬達的方法制備的微馬達的形狀單一、無法調整，大多數微馬達不能實現在復雜微環境中運動(不同pH值)。另外，據我們所知能夠感知周圍pH值的變化來調整運動速度和方向的微馬達還未被開發出來。因此開發新的pH響應雙向運動的微馬達并設計達到大規模生產要求的新方法的研究意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于pH響應實現雙向運動和速度調節、能夠實現量產且尺寸均勻的Janus微馬達及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明第一方面提供一種Janus微馬達，所述微馬達包括聚硅氧烷(PTPM)和TiO₂微球。

優選地，所述聚硅氧烷(PTPM)由3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TPM單體)經水解反應和聚合反應形成。

具體地，TPM單體在堿性條件下水解產生硅醇，硅醇縮聚形成TPM油滴，TPM油滴聚合形成聚硅氧烷(PTPM)。

本發明中3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷簡稱為TPM；聚硅氧烷簡稱為PTPM。

優選地，通過調節溶液pH值調節所述Janus微馬達的運動速度和運動方向。

本發明的Janus微馬達，在紫外光條件下，所述Janus微馬達在含有H₂O₂的溶液中的運動速度和運動方向調節方式包括調節溶液pH值。