[发明专利]pH响应双向运动的Janus微马达及其制备方法

说明书

本发明提供一种pH响应双向运动的Janus微马达及其制备方法。传统合成Janus微马达的方法对设备要求较高，还不能实现批量生产，制备微马达的形状单一、无法调整，且大多数微马达不能实现在复杂微环境中运动(不同pH值)。为了解决上述问题，本申请采用的技术方案是提供一种新的Janus微马达，所述微马达由聚硅氧烷(PTPM)和TiO₂微球组成。该Janus微马达能够感知周围环境中pH值的变化来自动调节运动速度和方向。它们有望用于药物运输，环境监测和传感应用领域；该Janus微马达的均匀度较高，且形状可调节；该Janus微马达的制备工艺简单，对设备要求低，可批量生产，具有极大的应用前景和推广价值。

技术领域

本发明具体涉及一种pH响应双向运动的Janus微马达及其制备方法。

背景技术

Janus微马达具有两种不同的化学或物理特性，它能够从其周围环境中获取能量实现自动推进。在有外部刺激(如光)的情况下，Janus微马达消耗燃料产生梯度场，并且它们的两个不同面破坏了场对称性，使Janus微马达能够自主推进。这使它们成为传感应用领域极具吸引力的候选者。

Janus微马达是在液体环境中实现驱动的，而溶液对于Janus微马达的运动速度有很大的影响。直到现在只有小部分Janus微马达被报道在不同pH值的液体环境中具有不同的运动行为，例如微马达在不同pH值的H₂O₂溶液中表现出不同的运动速度(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)。而能够实现Janus微马达双向运动的报道更少，Janus微马达在不同pH值的H₂O₂溶液中实现双向运动是一个非常新颖有趣的研究方向，它有望用于药物往返运输和环境监测。

此外，Janus微马达已越来越多地被用作模仿生物并了解其在稠密状态下的集体行为的模型系统。对于模型系统，微马达在大小和形状上都必须是统一，且需实现大规模量产。

目前大多数Janus微马达是通过物理气相沉积法和模板法制备的，这些方法不仅对设备要求较高，还不能实现微马达的量产，制约其发展与应用。传统合成Janus微马达的方法制备的微马达的形状单一、无法调整，大多数微马达不能实现在复杂微环境中运动(不同pH值)。另外，据我们所知能够感知周围pH值的变化来调整运动速度和方向的微马达还未被开发出来。因此开发新的pH响应双向运动的微马达并设计达到大规模生产要求的新方法的研究意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于pH响应实现双向运动和速度调节、能够实现量产且尺寸均匀的Janus微马达及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供一种Janus微马达，所述微马达包括聚硅氧烷(PTPM)和TiO₂微球。

优选地，所述聚硅氧烷(PTPM)由3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TPM单体)经水解反应和聚合反应形成。

具体地，TPM单体在碱性条件下水解产生硅醇，硅醇缩聚形成TPM油滴，TPM油滴聚合形成聚硅氧烷(PTPM)。

本发明中3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷简称为TPM；聚硅氧烷简称为PTPM。

优选地，通过调节溶液pH值调节所述Janus微马达的运动速度和运动方向。

本发明的Janus微马达，在紫外光条件下，所述Janus微马达在含有H₂O₂的溶液中的运动速度和运动方向调节方式包括调节溶液pH值。