一种均一性优异的Janus微球阵列及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚合物微球的微结构加工技术，具体涉及一种利用PDMS皱纹模板压 印聚苯乙烯微球的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 与球形对称粒子相比，各向异性粒子由于其对称性下降，给单一粒子赋予了截然 不同的物理或化学性质。作为各向异性粒子中一大类的Janus (各向异性）粒子，拥有结构 形态和/或化学组成不同的两个半面，在乳液稳定、物质传输、生物医药、光学、电子学等众 多领域都有着潜在的应用前景。现有Janus微球合成方法大多还存在重复性较差、形状的 可控性低、制备步骤繁琐以及产量低的不足。特别是在制备形状和大小均一的单分散聚合 物微球上有待进一步研宄。而利用对已有对称粒子进行后期改性来制备Janus粒子的"自 上而下"式策略，由于其适用范围广、所得粒子均一性好等特点越来越受到学术界的重视。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术，本发明提供一种"自下而上"式自组装单层胶粒晶体及"自上 而下"式物理热压印相结合，制备均一性优异的Janus微球及其阵列的方法。本发明选用 36. 74 μ m聚苯乙烯微球单层胶粒晶体为基底，以机械拉伸法制备的周期性正弦状条纹图案 的PDMS皱纹为压印模板，利用简单的物理热压印实现了上鼓面带有规则条纹图案的橄榄 形Janus微球及其阵列的制备。并做到了通过改变压印过程参数，实现对Janus微球形貌 的调控。这一方法避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种均一性优异的Janus微球阵列，该 Janus微球阵列中的每个Janus微球的整体呈圆饼形，所述Janus微球的上表面带有规则条 纹图案。
[0005] 本发明提出的一种均一性优异的Janus微球阵列的制备方法，将自组装单层胶粒 晶体与物理热压印相结合，并包括以下步骤：
[0006] 步骤一、利用滴涂法制备粒径为36. 74 μ m的聚苯乙烯微球单层胶粒晶体，该聚苯 乙烯微球单层胶粒晶体作为压印基底；
[0007] 步骤二、利用机械拉伸法制备带有条形皱纹的聚二甲基硅氧烷皱纹模板，该聚二 甲基硅氧烷皱纹模板作为印章；
[0008] 步骤三、将步骤一制得的压印基底在100 °C下预加热15min，然后在该压印基底上 加盖步骤二制得的印章，外加 10_40g负载，在退火温度为高于聚苯乙烯玻璃化转变温度下 加热Ih ;随炉冷却至室温，取下印章并卸载，得到均一"性优异的Janus微球阵列。
[0009] 进一步讲，所述步骤一中，用移液枪取体积分数为1 %的36. 74 μ m聚苯乙烯微球 水溶液15 μ 1，滴到洁净的盖玻片上，在室温环境下自然晾干，所得到的聚苯乙烯微球单层 胶粒晶体即为压印基底。
[0010] 步骤二的具体内容包括：
[0011] 首先，将聚二甲基硅氧烷预聚体和交联剂按质量比为10:1混合后，倒入培养皿 中，用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；
[0012] 将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气0. 5-1. 5小时后，在60_80°C下加 热3-6h进行固化；获得聚二甲基硅氧烷弹性体；
[0013] 将上述的聚二甲基硅氧烷弹性体剪切成6cmX 2cm的长方形，在预拉伸10 %的状 态下用氧等离子体处理30min，处理过程中的回缩速度为0. 1-0. 5mm/min，回缩后得到带有 条形皱纹的聚二甲基硅氧烷皱纹模板。
[0014] 所述步骤三中，退火温度为IKTC或120°C。
[0015] 本发明制备方法中，通过外加负载及退火温度工艺参数调控微球的变形程度。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] 本发明的方法具有快速，简单，重复性好的特点。可一步法制备均一性优异的 Janus微球阵列。避免了现有Janus微球合成方法大多存在的重复性较差、粒子均一"性差、 形状的可控性低、制备步骤繁琐以及产量低的缺点。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例1机械拉伸法制备的PDMS皱纹模板得到的PDMS皱纹形貌的 光学显微镜图片；
[0019] 图2为本发明实施例1得到压印参数为110°C -Ih-IOg时制备的橄榄形Janus微 球阵列的橄榄形Janus微球阵列的光学显微镜图片；
[0020] 图3为本发明实施例2得到压印参数为120°C -Ih-IOg时制备的橄榄形Janus微 球阵列的橄榄形Janus微球阵列的光学显微镜图片；
[0021] 图4为本发明实施例3得到压印参数为120°C -lh_40g时制备的橄榄形Janus微 球阵列的橄榄形Janus微球阵列的光学显微镜图片。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例对本发明方法做进一步的说明。提供实施例是为了理解的方 便，绝不是限制本发明。
[0023] 实施例1 :制备均一性优异的Janus微球阵列，包括以下步骤：
[0024] 步骤一、利用滴涂法制备粒径为36. 74μπι的聚苯乙烯微球单层胶粒晶体，该 聚苯乙烯微球单层胶粒晶体作为压印基底；具体内容是：用移液枪取体积分数为1% 的36. 74 μ m PSt微球水溶液15 μ 1，滴到洁净的盖玻片上，在室温环境下自然晾干得到 PSt-MCC压印基底。
[0025] 步骤二、利用机械拉伸法制备带有条形皱纹的聚二甲基硅氧烷皱纹模板，该聚二 甲基硅氧烷皱纹模板作为印章；具体内容是：首先，将聚二甲基硅氧烷（PDMS)预聚体和交 联剂SYLGARD? 184(购自美国道康宁公司）按质量比为10:1混合后，倒入培养皿中，用 玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；然后，将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱 气1小时后，在70°C下加热4h进行固化；获得PDMS弹性体；最后，将上述的PDMS弹性体剪 切成6cmX 2cm的长方形，在预拉伸10 %的状态下用氧等离子体处理30min，处理过程中的 回缩速度为〇. lmm/min，回缩后得到带有条形皱纹的PDMS皱纹模板，该皱纹模板的PDMS皱 纹形貌如图1所示。
[0026] 步骤三、将步骤一制得的压印基底在100 °C下预加热15min，然后在该压印基底上 加盖步骤二制得的带有条形皱纹的PDMS皱纹模板，外加 IOg负载，在烘箱中保持退火温度 为IKTC加热Ih ;随炉冷却至室温取下PDMS皱纹模板并卸载，得到均一性优异的Janus微 球阵列。
[0027] 通过光学显微镜下观察，该Janus微球阵列中的每个Janus微球的整体呈圆饼形 (即原球形微球在受到垂直向下的外力作用时发生垂直方向（高度）尺寸减小，横向尺寸增 加，且微球上下表面均为平面），所述Janus微球的上表面带有规则条纹图案。本实施例1 所得Janus微球阵列如图2的光镜图所示。
[0028] 实施例2 :制备均一"性优异的Janus微球阵列，其步骤与实施例1基本相同，不同 仅在于其中步骤三中的退火温度为120°C。得到的圆饼形Janus微球阵列如图3的光镜图 所示。
[0029] 实施例3 :制备均一"性优异的Janus微球阵列，其步骤与实施例1基本相同，不同 仅在于其中步骤三中的加载负荷为40g，退火温度为120°C。得到的圆饼形Janus微球阵列 如图4的光镜图所示。
[0030] 综上，本发明方法主要是利用PDMS皱纹模板对PSt-MCC微球基底进行物理热压 印，来制备均一性优异的橄榄形Janus微球阵列。通过调控退火温度、外加负载等压印参 数，可得到Janus微球阵列中变形程度可控的Janus微球。本发明方法避免了之前大多数 合成法制备Janus微球时均一性较差、制备过程复杂、形貌不易控制的缺点。
[0031] 尽管上面结合图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方 案，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发 明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保 护之内。
【主权项】
1. 一种均一,性优异的Janus微球阵列，其特征在于，Janus微球阵列中的每个Janus微 球的整体呈圆饼形，所述Janus微球的上表面带有规则条纹图案。
2. 根据权利要求1所述均一性优异的Janus微球阵列的制备方法，其特征在于，将自组 装单层胶粒晶体与物理热压印相结合，并包括以下步骤： 步骤一、利用滴涂法制备粒径为36. 74 y m的聚苯乙烯微球单层胶粒晶体，该聚苯乙烯 微球单层胶粒晶体作为压印基底； 步骤二、利用机械拉伸法制备带有条形皱纹的聚二甲基硅氧烷皱纹模板，该聚二甲基 硅氧烷皱纹模板作为印章； 步骤三、将步骤一制得的压印基底在l〇〇°C下预加热15min，然后在该压印基底上加盖 步骤二制得的印章，外加10-40g负载，在退火温度为高于聚苯乙烯玻璃化转变温度下加热 lh ;随炉冷却至室温，取下印章并卸载，得到均一性优异的Janus微球阵列。
3. 根据权利要求2所述均一性优异的Janus微球阵列的制备方法，其特征在于，所述步 骤一中，用移液枪取体积分数为1 %的36. 74 y m聚苯乙烯微球水溶液15 y 1，滴到洁净的盖 玻片上，在室温环境下自然晾干，所得到的聚苯乙烯微球单层胶粒晶体即为压印基底。
4. 根据权利要求2所述均一性优异的Janus微球阵列的制备方法，其特征在于，所述步 骤二包括： 首先，将聚二甲基硅氧烷预聚体和交联剂按质量比为10:1混合后，倒入培养皿中，用 玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物； 将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气〇. 5-1. 5小时后，在60-80°C下加热 3_6h进行固化；获得聚二甲基硅氧烷弹性体； 将上述的聚二甲基硅氧烷弹性体剪切成6cmX2cm的长方形，在预拉伸10%的状态下 用氧等离子体处理30min，处理过程中的回缩速度为0. 1-0. 5mm/min，回缩后得到带有条形 皱纹的聚二甲基硅氧烷皱纹模板。
5. 根据权利要求2所述均一性优异的Janus微球阵列的制备方法，其特征在于，所述步 骤三中，退火温度为ll〇°C或120°C。
【专利摘要】本发明公开了一种均一性优异的Janus微球阵列，其中每个Janus微球的整体呈圆饼形，Janus微球的上表面带有规则条纹图案。其制备是将自组装单层胶粒晶体与物理热压印相结合，包括利用滴涂法制备36.74μmPSt-MCC作为压印基底，利用机械拉伸法制备PDMS皱纹模板作为印章。将微球100℃预加热15min，然后在其上加盖皱纹模板及一定负载，加热保持高于PStTg温度一段时间。冷却后取下模板，可得到上表面带有规则条纹图案的圆饼形Janus微球阵列。通过调控退火温度及负载，得到具有不同变形程度的Janus微球。本发明利用简单的操作方式，实现了同时在PSt微球表面构筑图案及制备均一性优异的Janus微球阵列，避免了大多数合成法制备Janus微球时制备过程复杂、均一性较差、形貌不易控制的缺点。
【IPC分类】B81B1-00, B81C1-00
【公开号】CN104528629
【申请号】CN201410789253
【发明人】鲁从华, 汪娟娟, 侯静, 陈欣, 杨秀
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月17日