外场诱导喷墨打印制备聚合物 Janus 粒子

Janus particles named after ancient Roman God, have attracted wide research attention owing to their unique combination of distinct geometrical structure or contrary chemical properties into one microstructure，demonstrating potential applications in controllable drug release, spatially-controlled reaction, asymmetric catalysis and etc. To dissolve the problem of poor controllability, expensive apparature, especially difficult achievement of polymer Janus particles with complex geometrical structure from conventional approaches. In this project, inkjet printing has been creatively utilized for the production of polymer Janus particles with complicate structure based on the introduction of the responsive materials such as, magnetic materials of oxide iron or electronic-responsive materials of polypyrrole into inks, which could effectively adjust the shape of ink droplet via their volume change or directional aggregation upon external stimulus,contributing to the Janus particles with asymmetric geometrical structure or chemical properties. In our previous research, we have fabricated conical-shaped Janus particles by magnetic-induced droplet deformation. In the following research, we will investigate the influence of the responsive materials,polymer substance on the shape of Janus particle, and the influence of the substrate'wettability on the shape of Janus particle . The intrinsic relationship between the structure -properties and the fabrication condition of Janus particles will be comprehensively understood. This project will provide significant theoretical and fundamental basis for the novel polymer Janus particle and new functional materials.

Janus 粒子以古罗马神的名字命名，将不同形状、不同甚至相反化学性能巧妙地集成于微观结构，在智能药物释放、空间可控反应、非对称催化等方面具有重要应用被广泛关注。为解决Janus 粒子制备成本高，可控性差，尤其难得到复杂几何结构的聚合物Janus粒子问题，本项目提出外场诱导喷墨打印制备聚合物Janus 粒子新思路。拟将氧化铁、聚吡咯等磁或电响应材料引入到喷墨墨滴中，利用响应性材料在外场作用下的体积形变，诱导墨滴变形，从而得到尖端锥形、高长径比等复杂结构的Janus 粒子。在前期工作中，我们首次利用磁调控喷墨打印技术制备出尖端锥形结构的Janus 粒子。本项目拟对该研究思路进行系统深入的理论研究，重点研究响应材料种类、聚合物材料等对最终粒子形状的影响规律；基材的浸润性对喷墨墨滴形变的影响规律；将二者结合，建立各种因素和Janus 粒子形状之间关系。该方法将为新型功能材料的制备提供理论基础。

为解决Janus粒子制备成本高，可控性差，难以得到复杂几何结构的聚合物Janus粒子的问题，本项目发展了几种通过外场诱导制备聚合物Janus粒子的方法，并研究了Janus 粒子的组装、所制备Janus膜的性能及相关应用。 项目主要从（1）喷墨打印磁场调控墨滴变形制备Janus粒子；（2）通过水滴模板法、二次水滴模板结合界面张力度等实现各向异性粒子形貌调控及各向异性粒子的同步组装制备复杂结构Janus光子晶体，（3）利用DNA诱导金纳米粒子在微凝胶表面取向性组装制备Janus粒子；在此基础上，我们发展了Janus膜的制备及相关应用（1）通过采用不对称填充法制备Janus光子晶体膜，实现了湿度及温度定向驱动；（2）通过利用硝酸铅与羧基的螯合作用实现电浸润情况下光子晶体形貌的不可逆变化，发展水刻制备图案的方法；（3）制备了闭孔结构的碳点光子晶体，并研究了其特殊的亲液不浸润行为及荧光增强和图案化碳点光子晶体在防伪图案领域的应用, 这些工作为发展新型Janus材料提供了实验和理论上的指导。相关结果以第一或通讯作者发表在包括Chem. Soc. Res., Adv. Funct. Mater., Chem. Commun., Nanoscale, ACS Appl Mater&interf. 等SCI论文20 篇，著书1个章节 申请及授权专利25个（申请3个，授权22个）。参加国际会议邀请报告6次。参与宋延林研究员主持的项目“纳米材料绿色打印印刷基础研究，获得2016年北京市科学技术一等奖(第四排名) (No.2016基-1-001-04)。