乳液界面聚合法制備拓撲結構和化學組成各向異性的Janus微球

劉鳴華

高分子微球材料的發展對人類的經濟與生活帶來了巨大的影響，已滲透到我們生活中的每個角落，從化妝品、涂料、感光材料等大宗產品到生物醫藥領域的藥物緩釋微膠囊、色譜分離層析介質等高附加價值產品1,2。高分子微球的拓撲結構和化學組成是影響其廣泛應用的關鍵。乳液聚合是合成高分子微球材料最為常用的方法，然而，在聚合過程中由于表面張力的存在，最終導致制備得到的微球趨于自由能最低的球形結構3,4，因此，如何在聚合過程中克服表面張力，合成形態和化學組成各向異性的微球是高分子微球合成領域的一大挑戰。

最近，中國科學院理化技術研究所王樹濤研究員團隊，提出了一種乳液界面聚合方法，通過將親、疏水單體同時引入到液-液界面體系，構筑了水(親水單體水溶液)包油(疏水性單體)的乳液界面聚合體系，實現了具有拓撲結構和化學組成各向異性的兩親性聚合物Janus微球的可控制備。這種方法為設計制備新型的聚合物材料提供了新的思路，制備得到的各向異性微球在油水分離、固體表面活性劑、蛋白分離和細菌分離等方面展示出巨大的應用前景。研究成果發表在 Science Advances上5。

如上圖所示，在該體系中，疏水性的引發劑首先在油滴內部引發疏水性單體的聚合，生成一個聚合物活性核。當聚合物活性核運動到油水界面上時，其表面活性位點能夠引發水相中的親水單體發生聚合。從而將聚合物活性核錨定在油水界面上，進而發生界面錨定聚合。親水性單體和疏水性單體在界面的優先共聚，最終形成具有親水親油性質的各向異性Janus微球。通過調節親疏水單體濃度、聚合時間可實現不同拓撲結構和表面化學的Janus微球的可控制備，同時這種方法可適用于所有乙烯基單體的自由聚合。這種方法打破了傳統乳液聚合只形成球形微球的限制，開辟了乳液聚合的新方向。

該工作得到了國家自然科學基金杰出青年基金，中組部國家“萬人計劃”青年拔尖人才項目，北京市科委計劃項目等的資金支持。同時，感謝論文合作者中國科學院物理研究所谷林研究員做的透射電鏡表征，感謝吉林大學呂中元教授和劉鴻博士做的理論模擬。

(1) Lee, K. J.; Yoon, J.; Lahann, J. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2011,16, 195. doi: 10.1016/j.cocis.2010.11.004

(2) Ma, G. H.; Su, Z. G. Polymer Microsphere Materials; Chemical Industry Press: Beijing, 2005. [馬光輝, 蘇志國. 高分子微球材料.北京: 化學工業出版社, 2005.]

(3) Okubo, M.; Fujibayashi, T.; Yamada, M.; Minami, H. Colloid Polym.Sci. 2005, 283, 1041. doi: 10.1007/s00396-004-1240-y

(4) Kim, J. W.; Larsen, R. J.; Weitz, D. A. Adv. Mater. 2007, 19, 2005.doi: 10.1002/adma.200602345

(5) Fan, J. B.; Song, Y.; Liu, H.; Lu, Z.; Zhang, F.; Liu, H.; Meng, J.; Gu,L.; Wang, S.; Jiang, L. Sci. Adv. 2017, 3, e1603203.doi: 10.1126/sciadv.1603203