形态可控各向异性微球的制备及其自组装研究

本申请项目拟以辐射乳液聚合制备形态可控各向异性微球为目标，结合伽马射线高能辐射的高穿透性和可在室温及低温下聚合的原理，以界面物理化学的理论为基础，不同乳液体系（种子乳液、细乳液、Pickering乳液）为研究对象，通过对反应温度的调控，研究不同聚合物相分离过程中的热力学和动力学规律，掌握制备各向异性微球的形态控制因素，建立控制其形态的热力学-动力学联合控制理论模型，为制备形态可控且均一的各向异性微球提出理论指导。在此基础上，制备单分散各向异性微球并对其进行自组装研究。由于各向异性微球具有独特的物理化学性质，因而对其形态控制机理和自组装的研究必将为传统乳液聚合的发展和新材料的制备开拓新的研究领域，在生物、医学、军事和其他材料科学领域具有极其诱人的应用前景。因此，开展本申请项目的研究，无论在基础理论研究还是应用研究方面都将具有重要意义。

本课题的研究，采用辐射法制备各向异性（Janus）微球，取得了较大进展，成功制备出多种结构、多种材料的 Janus 微球，衍生出一些有意义的各向异性的微球结构，并对其形成机理和形貌控制进行了深入的研究，其中的科学问题获得了较好阐述。在研究过程中，发展出辐射细乳液聚合、辐射种子乳液聚合和辐射冷冻乳液聚合等新的 Janus微球的制备方法，丰富了 Janus 微球的理论体系。在此基础上，开展了 Janus 微球和微纳结构微球的自组装研究，获得了规整的“树莓型”、“高尔夫球型”和大球型等多级结构组装体，并在超疏水表面和生物体内在线 pH 和盐浓度检测等方面，取得了较好的应用效果。主要研究进展如下：.1.非聚合溶剂挥发法制备 Janus微球：研究了聚合物分子量对 Janus微球形貌的影响。.2.辐射细乳液聚合制备 Janus 微球：根据SiO2 微球表面修饰程度不同，以苯乙烯为单体，辐射细乳液聚合得到“蘑菇型”、“空鸡蛋型”、“碗型”和“树莓型”等形貌的SiO2/PS 杂化微球。.3.辐射种子乳液聚合制备 Janus 微球：利用 PS/SiO2 核壳结构微球中的无机外壳，取代传统的交联剂，制备出“三角型”Janus 微球。.4.种子微球不对称溶胀法制备新型 Janus 微球：利用水/乙醇/正庚烷构成的混合溶剂，通过不对称的溶胀溶解过程，制备出“海葵型”和多孔“雪人型” Janus SiO2/PS微球。.5.辐射冷冻乳液聚合制备 Janus 微球材料：发现冷冻条件下可以得到多孔型、“液滴型”和“核桃型”Janus 微球。.6.微球自组装研究：“雪人型”微球自组装得到“高尔夫球型”微球；微球自组装制备出 TiO2 反蛋白石多孔结构材料；胶体光子晶体球成功地表征了青鳉鱼肠道各段的 pH 值和盐浓度的变化。.以上相关研究工作在《Polymer Chemistry》、《Macromolecular Rapid Communications》、《Journal of Materials Chemistry》、《Langmuir》、《Biosensors and Bioelectronics》、《Analytical Biochemistry》、《Analytical Chimica Acta》等国际重要刊物上发表SCI收录论文 21 篇。