[发明专利]通过紫外光聚合制备聚合物胶束和Janus纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过紫外光聚合制备聚合物胶束和Janus纳米粒子的方法。

背景技术

自从De Gennes在1991年提出“Janus 粒子”的概念之后，Janus粒子研究越来越引起人们的兴趣。Janus是古希腊神话中的两面神，后被形象地用来描述微粒具有不同特性的性质，因此Janus粒子是指同时具有两种不同的化学性质的胶体粒子。由于Janus粒子具有不对称的结构以及多样性的组成，从而使得它在催化、传感器以及药物运输等领域具有巨大的应用前景。

在众多的不对称的聚合物/无机杂化纳米粒子杂化中，Janus金/聚合物杂化纳米粒子是被研究最多的一类。由于金纳米粒子（AuNPs）具有独特的光、电和热等特性，因而使得聚合物/金杂化纳米粒子在生物医药、催化、传感和自组装等领域具有广阔的应用前景。目前，人们已经开发出很多方法用于制备Janus的金/聚合物杂化胶体粒子，如沉淀聚合、溶液聚合、界面氧化聚合等。Ohnuma等采用未修饰的柠檬酸钠制备的Au纳米粒子通过沉淀聚合方法可以制备出不对称的Janus AuNPs@PS纳米粒子。然而，所有这些方法都是制备Au与均聚物的纳米杂化粒子的。与均聚物相比，嵌段共聚物（BCPs）可以通过改变溶剂性质、分子量、嵌段组成等来调控其自组装行为，从而得到丰富的纳米结构。例如，通过共组装方法可以将AuNPs选择性包裹在预先合成的BCPs的不同嵌段部位。Chen等利用“混合-加热法”通过调控AuNPs表面的疏水配体（LA）和亲水配体（LB）使AuNPs从PS-b-PAA的内核迁移到表面制出Janus的AuNPs/PS-b-PAA嵌段共聚物杂化纳米粒子。

最近发展了一种通过聚合诱导自组装（PISA）来原位制备BCPs纳米粒子的方法，其原理是通过使用大分子链转移剂与另一单体聚合形成嵌段共聚物的同时，在溶液中发生相分离并自组装形成具有不同相貌的BCPs纳米粒子。起初PISA只是被发展用来制备BCPs纳米粒子的，后来人们才将其进一步拓展到制备嵌段共聚物/无机纳米粒子上。最近，Richard等首先基于PISA的方法制备出不同形貌的BCPs纳米粒子，然后再原位还原Au离子制备出Au/BCPs杂化纳米粒子。 然而，到目前为止还没有通过PISA以AuNPs作为种子制备Au/BCPs杂化纳米粒子的报道。

发明内容

本发明的目的是解决目前Janus纳米粒子制备方法存在的制备流程复杂，产率低下，不适宜工业生产应用的缺点，而提供一种新的制备Janus纳米粒子的方法。

为实现以上发明目的，本发明提供一种通过紫外光聚合制备聚合物胶束和Janus纳米粒子的方法，包括如下步骤：

(1)将4-乙烯基吡啶（4VP）、小分子链转移剂三硫代碳酸酯（DDMAT）、引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）和异丙醇溶解在装有磁子的20 mL聚合管中，鼓氮气30 min后密封放入预先加热到80℃的油浴中进行聚合反应，然后用液氮快速冷却终止反应，将反应液倒入过量正己烷中反复沉淀三次后，将抽滤所得沉淀放在40℃真空干燥箱中干燥过夜，制得大分子链转移剂聚4-乙烯基吡啶（P4VP）；

(2)将聚4-乙烯基吡啶加入到溶有苯乙烯和偶氮二异丁腈的聚合玻璃瓶中，经过三次“冷冻-抽真空-解冻循环”除氧后，在上述体系中充入氮气并密封，最后将其放到紫外（UV）固化灯中辐照进行光聚合反应，得到聚合物胶束纳米粒子；

(3)在圆底烧瓶中加入HAuCl₄ 的水溶液，加热煮沸，然后再加入溶有柠檬酸钠的水溶液，在 300 rpm的转速下搅拌加热回流反应30 min，得到酒红色溶液，然后将其自然冷却至室温得到金纳米球（AuNPs）原液，转移至样品瓶中储存备用；

(4)将AuNPs原液离心除去包括但不限于柠檬酸钠的杂质，收集底部沉淀，用超纯水进行分散得到浓缩的AuNPs分散液；将溶有P4VP的甲醇溶液加入到上述浓缩的AuNPs分散液中超声置换1 h后，再将其放在室温下置换反应24 h；置换结束后，将溶液进行三次离心除去过量的P4VP；最后将其定容得到浓度大为10 mg/ L的 AuNPs@P4VP的甲醇溶液，放入冰箱中保存备用；

(5)将AuNPs@P4VP的甲醇溶液作为种子溶液，P4VP作为链转移剂，苯乙烯作为单体，AIBN作为光引发剂，加入到甲醇中，然后通氮气除氧15 min后，密封放入UV光下进行光聚合反应，得到Janus纳米粒子。

进一步地，步骤（1）中所述P4VP的分子量为1000-10000。