[发明专利]磁性纳米粒子/高分子复合Janus微粒及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于无机有机复合材料领域，涉及一种磁性纳米粒子/高分子复合Janus微粒及其制备方法与应用。

背景技术

Janus微粒是指在同一个微粒体系中具有两个完全不同的区域，将不同化学组分、极性、功能或者其他性质整合到一起。与具有对称性结构的粒子相比，Janus微粒由于其独特的各向异性，表现出许多特殊的性能，例如：Janus粒子极易进行不对称修饰；Janus粒子在界面上具有强的吸附特性；各向异性结构使得Janus粒子具有较为特殊的聚集行为，极易发生自组装，进一步组装成具有多层次结构的大的聚集体或新型功能材料。Janus粒子的这些特点为人们进一步设计新型纳米器件、研究用于多组分体系的可控运输载体、以及制备各种精密传感器等提供了极为理想的科研平台，在医学、航空、生物、材料、胶体化学等领域有着极为广泛的应用前景。

然而，由于界面自由能的影响，普通方法制备出的微粒均是球形或表面化学组成是均匀的。与合成普通的均质微粒相比，Janus微粒的制备难度较大。目前Janus微粒的制备方法主要包括模板法、微流体法、Picketing乳液法及自组装法。已有的这些方法存在产量低、制备出的微粒单分散性较差、微粒的形貌及性质难以调控等问题，进而限制了Janus粒子的相关性能的研究和进一步的应用研究。鉴于此，发明设计一种简单高效、低成本的合成方法，制备大量的、单分散性好的、形态可控的Janus微粒具有重要的科学意义和巨大应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性纳米粒子/高分子复合Janus微粒及其制备方法与应用。

本发明提供的制备磁性纳米粒子/高分子复合Janus微粒的方法，包括如下步骤：

1)将分散相和连续相分别注入到微流控芯片中的不同通道中，并使所述分散相和连续相混合，由所述微流控芯片的另一端得到单乳液滴体系；

其中，所述分散相由磁性纳米粒子、高分子聚合物和有机溶剂组成；

所述连续相为表面活性剂的水溶液；

2)将步骤1)所得单乳液滴体系于室温静置后，再置于磁场中静置，静置完毕后加热除去体系中的所述有机溶剂，水洗，得到所述磁性纳米粒子/高分子复合Janus微粒。

上述方法的步骤1)中，构成所述磁性纳米粒子的材料为含有Fe、Co和Ni元素中至少一种的化合物或由Fe、Co和Ni元素中至少两种组成的合金；优选Fe₃O₄、Fe₂O₃或Co₃O₄；

所述磁性纳米粒子的粒径为1-100纳米；

所述高分子聚合物选自聚苯乙烯、聚吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚环氧乙烷、聚乳酸、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的任意两种；两种所述高分子聚合物的质量比可为1：1或1：10或10：1；

所述高分子聚合物的重均分子量为1000-200000，优选3000-50000，更具体为3500、7000或8000；

所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和二硫化碳中的至少一种；

所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵和Tween中的至少一种；

所述磁性纳米粒子与所述有机溶剂的用量比为0.01-10mg：1ml，具体可为0.7mg：1-50ml，更具体可为0.7mg：10ml；

所述高分子聚合物与所述有机溶剂的用量比为0.01-40mg：1ml，具体为13-26mg：10ml，更具体可为14.3mg：10ml或26mg：10ml；

所述连续相的质量百分浓度为0.1-1.0％，具体为0.2-0.25％，更具体为0.15％、0.2％、0.25％。

所述步骤1)中，分散相的注入速率为1-1000uL/min，具体可为100uL/min；

连续相的注入速率为0.1-100mL/min，具体可为5mL/min；

所述单乳液滴体系中，单乳液滴的粒径为100nm-500μm，具体为5μm、9μm、10μm或15μm。

所述步骤2)于室温静置步骤中，静置的时间为10-300分钟，具体为40分钟或50分钟；

所述于磁场中静置步骤中，磁场强度为100G-1000G，具体为350G、400G或450G；时间为5分钟至5小时，具体为30分钟、40分钟。