乳液界面聚合法制备拓扑结构和化学组成各向异性的Janus微球

刘鸣华

高分子微球材料的发展对人类的经济与生活带来了巨大的影响，已渗透到我们生活中的每个角落，从化妆品、涂料、感光材料等大宗产品到生物医药领域的药物缓释微胶囊、色谱分离层析介质等高附加价值产品1,2。高分子微球的拓扑结构和化学组成是影响其广泛应用的关键。乳液聚合是合成高分子微球材料最为常用的方法，然而，在聚合过程中由于表面张力的存在，最终导致制备得到的微球趋于自由能最低的球形结构3,4，因此，如何在聚合过程中克服表面张力，合成形态和化学组成各向异性的微球是高分子微球合成领域的一大挑战。

最近，中国科学院理化技术研究所王树涛研究员团队，提出了一种乳液界面聚合方法，通过将亲、疏水单体同时引入到液-液界面体系，构筑了水(亲水单体水溶液)包油(疏水性单体)的乳液界面聚合体系，实现了具有拓扑结构和化学组成各向异性的两亲性聚合物Janus微球的可控制备。这种方法为设计制备新型的聚合物材料提供了新的思路，制备得到的各向异性微球在油水分离、固体表面活性剂、蛋白分离和细菌分离等方面展示出巨大的应用前景。研究成果发表在 Science Advances上5。

如上图所示，在该体系中，疏水性的引发剂首先在油滴内部引发疏水性单体的聚合，生成一个聚合物活性核。当聚合物活性核运动到油水界面上时，其表面活性位点能够引发水相中的亲水单体发生聚合。从而将聚合物活性核锚定在油水界面上，进而发生界面锚定聚合。亲水性单体和疏水性单体在界面的优先共聚，最终形成具有亲水亲油性质的各向异性Janus微球。通过调节亲疏水单体浓度、聚合时间可实现不同拓扑结构和表面化学的Janus微球的可控制备，同时这种方法可适用于所有乙烯基单体的自由聚合。这种方法打破了传统乳液聚合只形成球形微球的限制，开辟了乳液聚合的新方向。

该工作得到了国家自然科学基金杰出青年基金，中组部国家“万人计划”青年拔尖人才项目，北京市科委计划项目等的资金支持。同时，感谢论文合作者中国科学院物理研究所谷林研究员做的透射电镜表征，感谢吉林大学吕中元教授和刘鸿博士做的理论模拟。

(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. [马光辉, 苏志国. 高分子微球材料.北京: 化学工业出版社, 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