仿生构筑功能化Janus粒子的方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生构筑功能化Janus粒子的方法，该方法先使用两种亲疏水类型不同的硅烷偶联剂对SiO2进行改性，得到润湿性不同的改性SiO2，以该改性SiO2为颗粒乳化剂，在高速均质作用下制备得到不同类型的Pickering乳液；然后基于贻贝的仿生原理利用聚多巴胺或其结构类似物的黏附特性和化学反应活性即可得到化学分区明确的功能化Janus粒子。本发明专利技术中Pickering乳液法保证了Janus粒子的产量化，聚多巴胺或其结构类似物的辅助作用实现了Janus粒子的多功能化，并以此制备出更多类型的Janus粒子，如Janus/金属纳米粒子、Janus/无机化合物、Janus/有机化合物等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于Janus粒子的制备
，具体涉及一种利用润湿性可调的SiO2制备的不同类型Pickering乳液仿生修饰得到化学反应活性的Janus粒子的方法。
技术介绍
Janus粒子是一类因结构不同造成物理化学性能差异的各向异性颗粒，因其具有不对称性而在一颗粒子上即可体现出不同的物理或化学性能，因此，Janus粒子在颗粒乳化剂、纳米发动机、磁响应、光学传感、电子纸、界面催化、药物载体、生物技术等众多领域具有极广阔的应用前景。目前，制备Janus粒子的方法较多，其中Pickering乳液模板法因其立体曲面结构而具有产量高的优势，且方法具有操作简便、产物稳定、适用的乳化剂颗粒类型广泛、环境友好、可进行微结构调控、普适性强等优点，因此常被用来制备Janus粒子。Pickering乳液是一种以固体颗粒作为乳化剂而稳定的乳液系统，通过对固体颗粒在水相(水包油型)或者油相(油包水型)中的暴露面进行物理或化学处理，简易破乳之后，可得到化学分区明确的Janus粒子。Pickering乳液的性质受颗粒乳化剂的表面润湿性、颗粒间的相互作用、颗粒尺寸、形状、浓度等影响。其中，固体颗粒的润湿性最为关键，它直接决定了Pickering乳液类型以及乳液的稳定性。目前，稳定Pickering乳液的颗粒乳化剂中以SiO2微球作为稳定剂的研究较多，方法合成的SiO2微球，单分散性良好，性能稳定，但该方法制得的SiO2表面富含硅羟基，表现出很强的亲水性，单一的润湿性致使其在颗粒乳化剂方面的应用受限。单一的硅烷偶联剂改性获得的粒子往往仅具有单向的亲水或亲油性，难以实现润湿性连续可调，并由此制备的Pickering乳液类型单一，后期不能制得嵌入深度可调的Janus粒子。Bing Liu等(Angewandte Chemie,2008,47(21):3973-3975)使用4-氯甲基苯基三氯硅烷对SiO2微球进行改性并得到亲油疏水的颗粒乳化剂，通过Pickering乳液法制备了一部分含有聚丙烯酰胺、另一部分含有聚苯乙烯的不对称微球，该方法得到的改性粒子润湿性单一，制备工序较为复杂，且得到的Janus粒子分区较不明确，不具有化学反应活性。近年来，人们发现海洋贻贝足丝分泌蛋白具有黏附性，并且在水环境下黏附能力超强。Messersmith等(Science,2007,318(5849):426-430)进一步研究发现，DOPA的类似物多巴胺可以在碱性条件下氧化自聚合，并具有强的黏附特性和化学反应活性，其邻苯二酚基团活性较高，能对金、银和铂等贵重金属离子表现出还原能力，通过化学镀金属反应得到金属单质；能够螯合无机离子并原位矿化或者吸附无机纳米粒子得到无机化合物层(如Fe3O4、TiO2、ZnO、CaCO3等)；能与含硫醇、氨基的亲水或疏水有机分子或聚合物等发生迈克尔加成反应和席夫碱反应，并将功能性有机物引入到材料表面，使其表面具有特殊性质，如：抗腐蚀性、耐摩擦性、生物活性以及生物相容性等功能特性。与其它表面修饰方法相比，聚多巴胺修饰基材这一方法简单方便，与被修饰基材的几何形状无关，而且所修饰的表面具有很好的化学反应性，因而在生物技术、纳米技术、电化学、膜材料等方面显示出巨大的应用价值。一般在Janus粒子制备或者应用过程中，往往伴随着环境不友好性过程的发生，如实验制备中需要特殊的保护试剂、还原试剂等化学试剂，或制备工艺复杂、过程繁琐，后期不便处理，产物Janus粒子表面缺乏化学反应活性的功能基团等，这些因素限制了Janus粒子的制备和使用范围。因此，一种工艺简便、环境友好、化学反应活性的复合微球制备方案越来越受到人们的重视。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种采用不同润湿性的改性SiO2为颗粒乳化剂制备的Pickering乳液，基于贻贝的仿生原理利用聚多巴胺或其结构类似物制备功能化Janus粒子。解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：1、改性SiO2将SiO2均匀分散于甲苯中，然后加入亲水型硅烷偶联剂和疏水型硅烷偶联剂，其中SiO2与亲水型硅烷偶联剂、疏水型硅烷偶联剂的质量比为1:(1～6):(0～4.5)，常温搅拌3～5小时，得到改性后的SiO2。2、制备Pickering乳液将改性后的SiO2与油相、超纯水混合，形成Pickering乳液。3、制备仿生功能化的Pickering乳液将Pickering乳液、多巴胺或多巴胺结构类似物加入到pH值为8.5的Tris-Buffer缓冲液中，其中多巴胺或多巴胺结构类似物与Pickering乳液的质量-体积比为1g:2～50mL，常温搅拌1～24小时，得到仿生功能化的Pickering乳液。4、制备功能化Janus粒子将仿生功能化的Pickering乳液液滴修饰功能物质后，除去油相，得到功能化Janus粒子，其中所述的功能物质是Au、Ag、Pt、Fe3O4、TiO2、SiO2、ZnO、CdS、CaCO3、羟基磷灰石、异硫氰酸荧光素、罗丹明123、壳聚糖、聚醚酰亚胺、双氨基聚乙二醇、双(3-氨基丙基)聚乙二醇、双巯基聚乙二醇、乙硫醇、己二硫醇、聚赖氨酸中的任意一种。上述步骤1中，优选SiO2与亲水型硅烷偶联剂、疏水型硅烷偶联剂的质量比为1:(3～5):(1～1.5)，其中所述的SiO2为球形、棒状或片状SiO2，所述的亲水型硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种，所述的疏水型硅烷偶联剂为二甲基二氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、r-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。上述步骤2中，所述的油相为固体石蜡时，将改性后的SiO2超声分散于超纯水中，然后加入油相，改性后的SiO2与油相、超纯水的质量比为1:4～5:50～60，加热至油相完全熔化后，用均质器在8000～16000转/分钟下分散2～5分钟，形成Pickering乳液。上述步骤2中，所述的油相为正己烷、正庚烷、环己烷、苯乙烯、甲苯、豆油、薄荷醇、肉豆蔻酸异丙酯、肉豆蔻酸甲酯、1-十一醇、十二烷、1,8-桉叶素、丁香油酚、液体石蜡等时，将改性后的SiO2超声分散于超纯水中，然后加入油相，改性后的SiO2与油相、超纯水的质量比为1:4～5:50～60，用均质器在8000～16000转/分钟下分散2～5分钟，形成Pickering乳液。上述步骤3中，优选将Pickering乳液、多巴胺或多巴胺结构类似物加入到pH值为8.5的Tris-Buffer缓冲液中，其中多巴胺或多巴胺结构类似物与Pickering乳液的质量-体积比为1g:5～15mL，常温搅拌1～3小时，其中所述的多巴胺结构类似物为多巴、甲基多巴、甲基多巴胺、羟基多巴胺、单宁酸、儿茶酚胺、去甲肾上腺素、屈昔多巴中的任意一种。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术使用两种亲疏水类型不同的硅烷偶联剂对SiO2进行改性，得到润湿性不同的改性SiO2，以该改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生构筑功能化Janus粒子的方法，其特征在于它由下述步骤组成：(1)改性SiO2将SiO2均匀分散于甲苯中，然后加入亲水型硅烷偶联剂和疏水型硅烷偶联剂，其中SiO2与亲水型硅烷偶联剂、疏水型硅烷偶联剂的质量比为1:(1～6):(0～4.5)，常温搅拌3～5小时，得到改性后的SiO2；(2)制备Pickering乳液将改性后的SiO2与油相、超纯水混合，形成Pickering乳液；(3)制备仿生功能化的Pickering乳液将Pickering乳液、多巴胺或多巴胺结构类似物加入到pH值为8.5的Tris‑Buffer缓冲液中，其中多巴胺或多巴胺结构类似物与Pickering乳液的质量‑体积比为1g:2～50mL，常温搅拌1～24小时，得到仿生功能化的Pickering乳液；(4)制备功能化Janus粒子将仿生功能化的Pickering乳液液滴修饰功能物质后，除去油相，得到功能化Janus粒子，其中所述的功能物质是Au、Ag、Pt、Fe3O4、TiO2、SiO2、ZnO、CdS、CaCO3、羟基磷灰石、异硫氰酸荧光素、罗丹明123、壳聚糖、聚醚酰亚胺、双氨基聚乙二醇、双(3‑氨基丙基)聚乙二醇、双巯基聚乙二醇、乙硫醇、己二硫醇、聚赖氨酸中的任意一种。...

【技术特征摘要】
1.一种仿生构筑功能化Janus粒子的方法，其特征在于它由下述步骤组成：(1)改性SiO2将SiO2均匀分散于甲苯中，然后加入亲水型硅烷偶联剂和疏水型硅烷偶联剂，其中SiO2与亲水型硅烷偶联剂、疏水型硅烷偶联剂的质量比为1:(1～6):(0～4.5)，常温搅拌3～5小时，得到改性后的SiO2；(2)制备Pickering乳液将改性后的SiO2与油相、超纯水混合，形成Pickering乳液；(3)制备仿生功能化的Pickering乳液将Pickering乳液、多巴胺或多巴胺结构类似物加入到pH值为8.5的Tris-Buffer缓冲液中，其中多巴胺或多巴胺结构类似物与Pickering乳液的质量-体积比为1g:2～50mL，常温搅拌1～24小时，得到仿生功能化的Pickering乳液；(4)制备功能化Janus粒子将仿生功能化的Pickering乳液液滴修饰功能物质后，除去油相，得到功能化Janus粒子，其中所述的功能物质是Au、Ag、Pt、Fe3O4、TiO2、SiO2、ZnO、CdS、CaCO3、羟基磷灰石、异硫氰酸荧光素、罗丹明123、壳聚糖、聚醚酰亚胺、双氨基聚乙二醇、双(3-氨基丙基)聚乙二醇、双巯基聚乙二醇、乙硫醇、己二硫醇、聚赖氨酸中的任意一种。2.根据权利要求1所述的仿生构筑功能化Janus粒子的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的SiO2与亲水型硅烷偶联剂、疏水型硅烷偶联剂的质量比为1:(3～5):(1～1.5)。3.根据权利要求1或2所述的仿生构筑功能化Janus粒子的方法，其特征在于：所述的SiO2为球形、棒状或片状SiO2。4.根据权利要求1或2所述的仿生构筑功能化Janus粒子的方法，其特征在于：所述的亲水型硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种。5.根据权利要求1或2所述的仿生构筑...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓字巍，吴成蛟，王延兵，尚斌，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61