单分散Janus纳米粒子的微流控制备方法及其生物分析应用

Multifunctional Janus particles have attracted extensive attentions attributed to their diverse potential applications. However, up to now it is still highly challenging to synthesize/prepare Janus nanoparticles with precisely tunable structures and high monodispersity. The present project aims to fabricate Janus particles with nanoscale sizes, better homogeneity, controllable morphology and properties by using microfluidic techniques. Meanwhile, the applications of the Janus particles in bioanalysis will be studied. The project will mainly focus on the following issues: 1) To develop a microfluidic droplet template-based fabrication strategy, based on the combined action of centrifugal gravity and electrohydrodynamic jetting, for the synthesis of Janus nanoparticles; 2) With the assist of an external force field, to establish a microfluidic nano-precipitation method for the fabrication of Janus particles with smaller sizes; 3) Utilizing the commercial DVD burner with simple modification as a fabrication platform, a laser writing approach will be developed for the preparation of Janus nanorods using the laser beam; 4) The multifunctional Janus nanoparticles fabricated in this project will be applied to the determination of T cell growth factors, target recognition of tumor cells and controlled release drug carriers, gene transfection in vitro and cell imaging. Finally, to provide new methodologies for high sensitive protein detection as well as offer therapeutic schemes for related diseases.

多功能Janus粒子因其广泛的应用潜力而备受关注，然而合成形貌精确可调、高度单分散性的Janus纳米粒子，仍然面临诸多挑战。本项目拟利用微流控技术，制备纳米尺寸、均一性良好、形貌和性质可控的Janus粒子，并用于生物分析研究。 主要研究内容和目标包括：（1）利用电场力和离心力的共同作用，构建微流控芯片液滴模板法Janus纳米粒子制备系统；（2）以外力场为辅助手段，建立微流控芯片纳米沉积制备小尺寸Janus粒子的方法；（3）以简单改装的商品化DVD刻录机为制备平台，巧妙利用激光头发出的光斑实现激光刻录法制备Janus纳米棒；（4）将制备的多功能Janus纳米粒子分别应用于T细胞生长因子检测、肿瘤细胞靶向识别及药物负载控释、细胞体外基因转染及细胞成像研究，为高灵敏度蛋白质检测以及相关疾病的治疗提供新途径。

近年来，Janus粒子在功能性材料研究领域中受到关注。由于Janus粒子可将多种物理化学特性集成，因此其在催化、传感、生物医学、显示技术等多个领域中展现出了较均相粒子更为优越的性能。通过微流控平台可制备尺寸均一、形貌可控的Janus粒子，以满足各种应用需求。.本项目利用微流控技术，制备高质量的功能性Janus粒子，并开展其在生物分析和药物负载方面的应用研究。将纳米沉积、离心力、相分离及电场与微流控液滴技术相结合，发展了多种制备Janus粒子的方法，包括：发展了一种离心微流控芯片高通量制备Janus粒子的方法，并进一步基于离心微流控芯片连续合成聚乳酸-羟基乙酸共聚物Janus纳米粒子；提出电场辅助的微流控Janus液滴生成方法，结合纳米沉积技术制备了亚微米级的Janus粒子；构建了一种移动光刻制备Janus粒子的装置；基于微流控液滴相分离法，分别结合溶剂挥发法和光固化法制备聚合物-脂质Janus微粒和功能性Janus凝胶微球；基于微流控液滴，合成了单分散性良好的离子液体修饰的磁性Janus粒子、(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子、以及包含两种物质浓度梯度的聚合物微球。所制备的粒子在生物分子传感、药物的负载及控制释放等方面展现出了良好的应用前景，研究工作包括：基于Janus水凝胶微粒的葡萄糖和胆固醇双目标物传感、pH值双模式检测，(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子用作SERS基底检测Hg2+，BNNS@CuS纳米复合材料用作类过氧化物酶对胆固醇的传感等分析方法，以及聚乳酸-羟基乙酸共聚物Janus纳米粒子、聚合物-脂质Janus微球分别用于两种药物递送及顺序释放，包裹介孔SiO2的Fe3O4-Ag Janus纳米粒子负载抗癌药物，聚乳酸-羟基乙酸共聚物/二氧化硅光子晶体粒子用于药物持续释放及监测等药物负载和控释方法。