一种制备Janus粒子的方法及形貌调控方法技术

本发明专利技术公开了一种制备Janus粒子的方法及形貌调控方法，属于聚合物复合材料技术领域。将含有单体、共交联剂和光引发剂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会呈现很大的接触角，因此在基底上的液滴呈球体；再将含有单体、共交联剂和光引发剂的第二聚合物溶液滴加到液滴表面形成混合液滴，混合液滴发生相分离形成球形Janus液滴；接着在紫外光照下Janus液滴会聚合成水凝胶Janus粒子。本发明专利技术有效解决了合成系Janus粒子需消耗大量有机溶剂、难以调控形貌和设备复杂等问题，可以用来合成满足使用者需求的复杂形貌的Janus粒子。求的复杂形貌的Janus粒子。求的复杂形貌的Janus粒子。

【技术实现步骤摘要】
一种制备Janus粒子的方法及形貌调控方法


[0001]本专利技术涉及聚合物复合材料
，更具体地，涉及一种制备Janus粒子的方法及形貌调控方法，尤其涉及一种可应用于药物运输领域的无有机溶剂的Janus粒子简易合成方法以及对Janus粒子进行形貌调控的新思路。

技术介绍

[0002]Janus粒子是一种具有两面及以上不同化学性质或组成的分隔胶体。由于Janus粒子具有非对称结构，可以整合不同的功能特性，同时执行更多的协同功能，因此具有广泛的应用前景，可以应用于环境相应载体、自组装、显微流变探针、固体表面活性剂等领域。同时也由于Janus粒子两相对外界刺激的感知能力和反应能力的不同，为下一代新型智能材料提供了新的思路。
[0003]Janus粒子中心对称缺乏这一特性是其合成过程中的巨大挑战，因此对其合成方法的研究具有重要意义。在不考虑使用的各种材料和技术的前提下，Janus颗粒的合成可以分为两类：表面改性和分区化合成。表面改性方法是通过表面改性的手段使各向同性粒子在表面上呈现各向异性，这通常是通过使用掩模、模板和邻近粒子施加的几何约束来实现的，有时还结合了物理气相沉积和光刻技术。而分区化方法从零开始构建Janus粒子，合成的粒子在组成上就是各向异性的，通常是通过微流控和电流体动力学喷射、化学合成和聚合物自组装等方法制备的。这些方法可能有不同的机理和关注点，有各自的优缺点，但由于分区化的方法可以做到对Janus粒子更复杂的设计，因此当下主要的合成方法是分区化合成。但分区化合成的过程中不可避免的会使用到有机溶剂，因此对不涉及有机溶剂的全水体系Janus粒子合成方法的研究十分有必要。同时，当谈到Janus粒子的合成时，有两个重要的问题需要解决：一种是控制Janus粒子几何形状的能力，也就是它们两边的相对体积。另一个是大量生产Janus粒子的能力，这对技术应用至关重要。到目前为止，人们开发了各种合成Janus颗粒的方法，但只有少数方法能同时解决这两个问题。
[0004]以目前的微流控技术来为例，两种不同的液体并排射流但没有混合，在射流破碎形成的液滴包含两个不同的部分，最后通过紫外线或热聚合的手段来聚合或交联成固体颗粒。在这个技术里，把这两种不同的相分开是很重要的。这通常是通过控制流体流动保持在层流状态，使它们平行流动并保留一个尖锐的边界来实现的，液滴形成以后需要快速聚合以减少两相的混合。但到目前为止，用这种方法制备的全水体系的Janus颗粒都需要消耗大量有机溶剂。低产量是另一个问题，因为流速很慢，以避免通过对流混合不同的相。目前其他的方法都有各自的优势，可是都很难同时兼顾粒子大小、单分散性、产量、装置复杂程度、适用性等因素。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是克服现有技术中合成系Janus粒子需消耗大量有机溶剂、难以调控形貌、设备复杂等技术问题，本专利技术目的在于提供一种简单有效且绿色环保的
全水体系Janus粒子的制备方法，并且可进一步控制Janus粒子几何形状，从而制得具有生物兼容性、绿色环保和形貌可调控的Janus水凝胶粒子，以满足多样的设计需求。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种制备Janus粒子的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将第一水溶性单体、第一水溶性共交联剂和第一水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第一聚合物的水溶液中，得到第一混合物溶液；将该第一混合物溶液滴加到超疏水基底表面形成液滴；
[0008](2)将第二水溶性单体、第二水溶性共交联剂和第二水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第二聚合物的水溶液中，得到第二混合物溶液；将该第二混合物溶液滴加到步骤(1)形成的液滴表面形成混合液滴，所述混合液滴发生相分离形成球形Janus液滴；
[0009]所述第一水溶性单体与第二水溶性单体相同或不同；所述第一水溶性共交联剂与第二水溶性共交联剂相同或不同；所述第一水溶性光引发剂与第二水溶性光引发剂相同或不同；所述第一聚合物与第二聚合物为分子量不同的聚合物，其中分子量小的聚合物主要位于Janus液滴的上相，分子量大的聚合物主要位于Janus液滴的下相；
[0010](3)将步骤(2)得到的球形Janus液滴进行紫外光照，使第一水溶性单体和第二水溶性单体分别聚合，形成水凝胶Janus粒子。
[0011]优选地，所述超疏水基底为超双疏基底。
[0012]优选地，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量小的聚合物的分子量为18500
‑
22000，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量大的聚合物的分子量为450000
‑
650000。
[0013]优选地，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量小的聚合物为聚乙二醇、聚丙二醇或聚乙二醇二丙烯酸酯，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量大的聚合物为葡聚糖、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮；
[0014]所述第一水溶性单体和第二水溶性单体各自独立地选自N
‑
异丙基丙烯酰胺、N
‑
N
‑
二甲基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯和马来酰化葡聚糖。
[0015]优选地，所述第一水溶性共交联剂和第二水溶性共交联剂各自独立地选自N
‑
N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺和二异氰酸酯；
[0016]所述第一水溶性光引发剂和第二水溶性光引发剂各自独立地选自2，2
‑
二乙氧基苯丙酮、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]‑1‑
丙酮和4
‑
丙烯酰氧基二苯甲酮。
[0017]按照本专利技术的另一方面，提供了一种调控Janus粒子形貌的方法，包括以下步骤：
[0018](1)将第一水溶性单体、第一水溶性共交联剂和第一水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第一聚合物的水溶液中，得到第一混合物溶液；将该第一混合物溶液滴加到超疏水基底表面形成液滴；
[0019](2)将第二水溶性单体、第二水溶性共交联剂和第二水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第二聚合物的水溶液中，得到第二混合物溶液；将该第二混合物溶液滴加到步骤(1)形成的液滴表面形成混合液滴，所述混合液滴发生相分离形成具有相分界线的球形Janus液滴；
[0020]所述第一水溶性单体与第二水溶性单体相同或不同；所述第一水溶性共交联剂与第二水溶性共交联剂相同或不同；所述第一水溶性光引发剂与第二水溶性光引发剂相同或不同；所述第一聚合物与第二聚合物为分子量不同的聚合物，其中分子量小的聚合物主要
位于Janus液滴的上相，分子量大的聚合物主要位于Janus液滴的下相；
[0021](3)将步骤(2)得到的球形Janus液滴进行紫外光照，使第一水溶性单体和第二水溶性单体分别聚合，形成水凝胶Janus粒子；
[0022]将第一聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备Janus粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将第一水溶性单体、第一水溶性共交联剂和第一水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第一聚合物的水溶液中，得到第一混合物溶液；将该第一混合物溶液滴加到超疏水基底表面形成液滴；(2)将第二水溶性单体、第二水溶性共交联剂和第二水溶性光引发剂加入到能形成全水相分离体系的第二聚合物的水溶液中，得到第二混合物溶液；将该第二混合物溶液滴加到步骤(1)形成的液滴表面形成混合液滴，所述混合液滴发生相分离形成球形Janus液滴；所述第一水溶性单体与第二水溶性单体相同或不同；所述第一水溶性共交联剂与第二水溶性共交联剂相同或不同；所述第一水溶性光引发剂与第二水溶性光引发剂相同或不同；所述第一聚合物与第二聚合物为分子量不同的聚合物，其中分子量小的聚合物主要位于Janus液滴的上相，分子量大的聚合物主要位于Janus液滴的下相；(3)将步骤(2)得到的球形Janus液滴进行紫外光照，使第一水溶性单体和第二水溶性单体分别聚合，形成水凝胶Janus粒子。2.如权利要求1所述的制备Janus粒子的方法，其特征在于，所述超疏水基底为超双疏基底。3.如权利要求1或2所述的制备Janus粒子的方法，其特征在于，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量小的聚合物的分子量为18500
‑
22000，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量大的聚合物的分子量为450000
‑
650000。4.如权利要求3所述的制备Janus粒子的方法，其特征在于，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量小的聚合物为聚乙二醇、聚丙二醇或聚乙二醇二丙烯酸酯，所述第一聚合物和第二聚合物中分子量大的聚合物为葡聚糖、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮；所述第一水溶性单体和第二水溶性单体各自独立地选自N
‑
异丙基丙烯酰胺、N
‑
N
‑
二甲基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯和马来酰化葡聚糖。5.如权利要求4所述的制备Janus粒子的方法，其特征在于，所述第一水溶性共交联剂和第二水溶性共交联剂各自独立地选自N
‑
N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯三胺和二异氰酸酯；所述第一水溶性光引发剂和第二水溶性光引发剂各自独立地选自2，2
‑
二乙氧基苯丙酮、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]
‑1‑
丙酮和4
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄才利，陈静怡，程泉勇，朱天任，余祥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：