微流体控制技术制备单分散Janus微粒的研究

本项目用微流体控制技术无皂制备尺寸及形貌可控的单分散Janus微粒。研究包括:设计构造可拆装的毛细管微流体控制系统,在三维尺度上操控Janus液滴的形成与运动。研究形成Janus液滴的多种液体间的相行为与Janus微粒形貌的关系，阐明单分散性Janus液滴形成机理。通过实验详细研究流体的流动速度、粘度、表面张力及微流体控制装置的物理结构等参数对Janus微粒组成及形貌的影响,以此获得有效的描述Janus微粒尺寸与相应的微粒制备参数间关系的经验公式,实现Janus微粒的尺寸及形貌的完全可控制备。并在本项目设计的微流体控制技术平台上进行制备电荷异性，磁性异性，极性异性，光学异性的单分散Janus微粒的研究，为制备各向异性的单分散微粒提供一个有效的、可行的方法。特别是利用本项目中微流体控制体系的特点,实现核-壳结构的Janus微粒的合成。

Janus微粒具有的各项异性特性使其在生物、化学、电子等领域有着广泛的应用，实现Janus微粒的可控制备是其能够实际应用的基础。本项目以商品化的毛细管等零部件设计构造了多种毛细管基的微流体控制系统用于各种Janus微粒的可控制备，克服了芯片式微流体控制系统的一些不足之处，具有工业化应用前景。项目设计的流体聚焦型毛细管微流体控制系统突破商用毛细管的尺寸限制，可以显著降低微粒粒径制备下限。项目充分利用毛细管材质多样性特点设计构造了由亲、疏水多毛细管组成的微流体控制系统，成功实现单核及多核的Janus核-壳结构微粒的可控制备。项目分别设计制备出单分散性的有机硅树脂-氧化铁/聚丙烯酸酯磁性异性Janus微粒、炭黑/聚四氟乙烯电荷及光学异性Janus微粒、聚丙烯酰胺/聚丙烯酸酯和聚乙烯醇/聚丙烯酸酯极性异性Janus微粒并表征了它们各项异性的性质。项目详细研究了Janus微粒的可控制备，Janus微粒的尺寸、两半球的体积比及表面积比可通过调控微流体的流量、粘度及界面张力实现可控改变，研究获得的S1/S2 = 0.88Q1/Q2 - 0.737γd + 1.36经验方程式可以用于指导预设的两半球表面积之比的Janus液滴的合成。项目获得的研究结果为可控制备单分散性Janus微粒提供了一种有效的方法。