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具有“变脸”艺术的智能Janus纳米胶束
2018-10-17 来源:中国流变网    点击次数:47次    

  雅努斯(Janus)是古罗马神话中的门神、保护神,也称为双面神,科学家从中获得灵感制备了同时具有两种不同化学性质的Janus微粒,可广泛应用于电子器件、化学催化、稳定剂、环境保护、生物医药、微纳机器人等领域。目前,报道的Janus微粒形成的两种形态和化学性质都是固定不变的。

  西南交通大学郑晓彤课题组从四川独特的川剧“变脸”艺术中获得灵感,近年来一直在探索开发具有智能化的Janus纳米粒子,即让Janus的不同形态或化学性质能够在外界环境的刺激下相互转换。这样不仅可以让Janus的不同功能自由变化,极大地增强了它的应用前景,同时也让Janus的研究具有艺术美感。

“变脸”艺术的灵感

图1. 设计一种初始形状;将初始形状变形为另一种形状;在温度、电、磁、pH等外界刺激下自动恢复到初始形状。

具有仿生功能的智能Janus纳米粒子

图2. 模拟“水母”的具有形状记忆功能的Janus纳米粒子;通过自创的瞬时负压法制备具有两亲性的Janus纳米胶束,在温度刺激下,疏水有机分子自动回缩,再恢复到球形形态,整个过程类似于水母的运动。

Janus纳米粒子的“变脸”

图3  由于磁性纳米粒子的加入,两亲性Janus纳米粒子可以变形为新的具有两亲性和磁性杂化结构的Janus纳米粒子,而且杂化粒子在温度刺激下可以再次变形,进而实现将磁性粒子收入胶束球里的功能。

纳米尺度下的监测

图4.在微小的纳米尺度下监测Janus纳米粒子一直是个挑战。我们提出利用TEM、WCA、DLS等常规表征方法,并通过T检验的统计方法,建立一套系统的监测体系,可以观察到Janus粒子在微观世界中有趣的智能变化。

  该研究的重要意义在于,通过对Janus纳米粒子的智能化研究,使具有不同化学特性的Janus粒子在微纳尺度下实现可响应变形。因此,这种具有“变脸”功能的智能Janus纳米胶束在载药释放、重金属处理、电子芯片、微纳机器人等多个领域都有巨大的应用前景。

论文链接:

  Bingyun Yan, Xiaotong Zheng*, Pandeng Tang, Huikai Yang, Jing He, Shaobing Zhou. Investigating Switchable Nanostructures in Shape Memory Process for Amphipathic Janus Nanoparticles. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b11276.

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b11276

  Jinlong Zhang, Xiaotong Zheng*, Fengluan Wu, Bingyun Yan, Shaobing Zhou, Shuxin Qu, Jie Weng. Shape Memory Actuation of Janus Nanoparticles with Amphipathic Cross-Linked Network.ACS Macro Letters, 2016;5;1317-1321.

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.6b00730

 
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