[发明专利]一种粒径和形貌可控的单分散极性异性Janus微球及其制备方法和所用的微流体控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及极性异性Janus微球的制备领域，具体地说涉及一种粒径、形貌可控的单分散极性异性Janus微球及其制备方法和所用装置。

背景技术

Janus微粒指的是含有两种不同化学成分或表面具有不同性质的非对称微粒，表现在微球两面的力学性能、磁学性能、光学性能、电学性能、表面亲疏水性能（极性）的不同。Janus微粒因两面的性质不对称，具有附加的定向作用力，借助这一定向作用力，就可以实现粒子在空间上的组装。例如极性异性的Janus微粒，微粒两面分别是亲水部分和疏水部分，具有比一般表面活性剂更强的功能，可以充当水包油或者油包水乳液的稳定剂。同时，通过对极性异性的Janus微粒亲水和疏水部分比例的调节，可以实现微球在空间的控制性组装。由于Janus微粒特殊的物理化学性质给自组装功能材料带来的新思路，使这类材料在诸如功能表面活性剂、自组装和分子识别、电子纸、光学上午传感器、光子晶体等领域展现出广阔的应用前景。

合成Janus微粒的方法有微流体合成法、拓扑选择表面改性法、模板导向自组装法、可控相分离发等。这些合成方法各有优缺点：微流体合成法是唯一一种可以一次成型制备Janus粒子的方法，流程简单、产率较大；拓扑表面选择改性法方式多样，制备过程简单、但是产率较低；模板导向自组装法过程复杂，成本过高。目前已有的方法尚不能实现对Janus微粒单分散的控制以及尺寸和形貌的精确的调控。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种粒径、形貌可控的单分散极性异性Janus微球的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种粒径、形貌可控的单分散极性异性Janus微球。

本发明的第三个目的在于提供制备上述粒径、形貌可控的单分散极性异性Janus微球所用的装置。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明粒径和形貌可控的单分散极性异性Janus微球的制备方法，其特征在于：分别配制极性分散相溶液、非极性分散相溶液和连续相溶液，将所述极性分散相溶液和非极性分散相溶液分别通入两个并排固定、流出端口相贴靠且流出端口端面相平齐的毛细管，在所述毛细管的流出端口处，极性分散相溶液和非极性分散相溶液相接触，并被连续相溶液剪切，形成单分散极性异性Janus液滴；

通过调控极性分散相溶液中表面活性剂浓度、极性分散相溶液和非极性分散相溶液的流量比，调控单分散极性异性Janus液滴的形貌，通过调节极性分散相溶液、非极性分散相溶液和连续相溶液的流量，调控单分散极性异性Janus液滴的粒径；

依次经过紫外灯照射及加热对所述单分散极性异性Janus液滴进行固化，即得粒径和形貌可控的单分散极性异性Janus微球。

优选的，本发明的制备方法按如下步骤进行：

a、选择低极性液态化合物作为连续相溶液；

b、配制极性分散相溶液：以丙烯酰胺、双丙烯酰胺（甲叉）、过硫酸铵以及表面活性剂为溶质、以去离子水为溶剂配制所述极性分散相溶液；

c、配制非极性分散相溶液：以光引发剂为溶质、以二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）为溶剂配制非极性分散相溶液；

d、将极性分散相溶液和非极性分散相溶液分别通入两个并排固定、流出端口相贴靠且流出端口端面相平齐的毛细管，在毛细管的流出端口处，极性分散相溶液和非极性分散相溶液相接触，并被连续相溶液剪切，形成形貌可控的单分散极性异性Janus液滴；

e、调控形貌：通过在极性分散相溶液中添加不同浓度的表面活性剂，改变极性分散相溶液与非极性分散相溶液以及极性分散相溶液与连续相溶液之间的界面张力，并调控极性分散相溶液和非极性分散相溶液的流量比，进而改变单分散极性异性Janus液滴的形貌；调控表面活性剂浓度可以改变Janus液滴中极性分散性和非极性分散相界面的曲率；通过调控流量比可以改变Janus液滴中极性分散相和非极性分散相的体积比。

f、调控粒径：通过调控极性分散相溶液、非极性分散相溶液和连续相溶液的流量，实现单分散极性异性Janus液滴粒径的调控；

g、依次经过紫外灯照射及加热对所述形貌可控的单分散极性异性Janus液滴进行固化，即得所述粒径形貌可控的单分散极性异性Janus微球。

优选的，步骤a所述低极性液态化合物为二甲基硅油、十二烷或煤油。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）或十二烷基硫酸钠（SDS）。表面活性剂起着降低表面张力的作用。

所述极性分散相溶液中各原料的质量百分比为：

丙烯酰胺5%～20%；