一種均一性優(yōu)異的Janus微球陣列及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚合物微球的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，具體涉及一種利用PDMS皺紋模板壓 印聚苯乙烯微球的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與球形對(duì)稱粒子相比，各向異性粒子由于其對(duì)稱性下降，給單一粒子賦予了截然 不同的物理或化學(xué)性質(zhì)。作為各向異性粒子中一大類(lèi)的Janus (各向異性）粒子，擁有結(jié)構(gòu) 形態(tài)和/或化學(xué)組成不同的兩個(gè)半面，在乳液穩(wěn)定、物質(zhì)傳輸、生物醫(yī)藥、光學(xué)、電子學(xué)等眾 多領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有Janus微球合成方法大多還存在重復(fù)性較差、形狀的 可控性低、制備步驟繁瑣以及產(chǎn)量低的不足。特別是在制備形狀和大小均一的單分散聚合 物微球上有待進(jìn)一步研宄。而利用對(duì)已有對(duì)稱粒子進(jìn)行后期改性來(lái)制備Janus粒子的"自 上而下"式策略，由于其適用范圍廣、所得粒子均一性好等特點(diǎn)越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界的重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種"自下而上"式自組裝單層膠粒晶體及"自上 而下"式物理熱壓印相結(jié)合，制備均一性優(yōu)異的Janus微球及其陣列的方法。本發(fā)明選用 36. 74 μ m聚苯乙烯微球單層膠粒晶體為基底，以機(jī)械拉伸法制備的周期性正弦狀條紋圖案 的PDMS皺紋為壓印模板，利用簡(jiǎn)單的物理熱壓印實(shí)現(xiàn)了上鼓面帶有規(guī)則條紋圖案的橄欖 形Janus微球及其陣列的制備。并做到了通過(guò)改變壓印過(guò)程參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Janus微球形貌 的調(diào)控。這一方法避免了昂貴儀器的使用以及繁瑣復(fù)雜的操作步驟。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種均一性優(yōu)異的Janus微球陣列，該 Janus微球陣列中的每個(gè)Janus微球的整體呈圓餅形，所述Janus微球的上表面帶有規(guī)則條 紋圖案。
[0005] 本發(fā)明提出的一種均一性優(yōu)異的Janus微球陣列的制備方法，將自組裝單層膠粒 晶體與物理熱壓印相結(jié)合，并包括以下步驟：
[0006] 步驟一、利用滴涂法制備粒徑為36. 74 μ m的聚苯乙烯微球單層膠粒晶體，該聚苯 乙烯微球單層膠粒晶體作為壓印基底；
[0007] 步驟二、利用機(jī)械拉伸法制備帶有條形皺紋的聚二甲基硅氧烷皺紋模板，該聚二 甲基硅氧烷皺紋模板作為印章；
[0008] 步驟三、將步驟一制得的壓印基底在100 °C下預(yù)加熱15min，然后在該壓印基底上 加蓋步驟二制得的印章，外加 10_40g負(fù)載，在退火溫度為高于聚苯乙烯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下 加熱Ih ;隨爐冷卻至室溫，取下印章并卸載，得到均一"性優(yōu)異的Janus微球陣列。
[0009] 進(jìn)一步講，所述步驟一中，用移液槍取體積分?jǐn)?shù)為1 %的36. 74 μ m聚苯乙烯微球 水溶液15 μ 1，滴到潔凈的蓋玻片上，在室溫環(huán)境下自然晾干，所得到的聚苯乙烯微球單層 膠粒晶體即為壓印基底。
[0010] 步驟二的具體內(nèi)容包括：
[0011] 首先，將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和交聯(lián)劑按質(zhì)量比為10:1混合后，倒入培養(yǎng)皿 中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢栊纬删鶆虻念A(yù)聚合物；
[0012] 將上述預(yù)聚合物在循環(huán)水式多用真空泵中脫氣0. 5-1. 5小時(shí)后，在60_80°C下加 熱3-6h進(jìn)行固化；獲得聚二甲基硅氧烷彈性體；
[0013] 將上述的聚二甲基硅氧烷彈性體剪切成6cmX 2cm的長(zhǎng)方形，在預(yù)拉伸10 %的狀 態(tài)下用氧等離子體處理30min，處理過(guò)程中的回縮速度為0. 1-0. 5mm/min，回縮后得到帶有 條形皺紋的聚二甲基硅氧烷皺紋模板。
[0014] 所述步驟三中，退火溫度為IKTC或120°C。
[0015] 本發(fā)明制備方法中，通過(guò)外加負(fù)載及退火溫度工藝參數(shù)調(diào)控微球的變形程度。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 本發(fā)明的方法具有快速，簡(jiǎn)單，重復(fù)性好的特點(diǎn)?？梢徊椒ㄖ苽渚恍詢?yōu)異的 Janus微球陣列。避免了現(xiàn)有Janus微球合成方法大多存在的重復(fù)性較差、粒子均一"性差、 形狀的可控性低、制備步驟繁瑣以及產(chǎn)量低的缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1機(jī)械拉伸法制備的PDMS皺紋模板得到的PDMS皺紋形貌的 光學(xué)顯微鏡圖片；
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到壓印參數(shù)為110°C -Ih-IOg時(shí)制備的橄欖形Janus微 球陣列的橄欖形Janus微球陣列的光學(xué)顯微鏡圖片；
[0020] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到壓印參數(shù)為120°C -Ih-IOg時(shí)制備的橄欖形Janus微 球陣列的橄欖形Janus微球陣列的光學(xué)顯微鏡圖片；
[0021] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3得到壓印參數(shù)為120°C -lh_40g時(shí)制備的橄欖形Janus微 球陣列的橄欖形Janus微球陣列的光學(xué)顯微鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步的說(shuō)明。提供實(shí)施例是為了理解的方 便，絕不是限制本發(fā)明。
[0023] 實(shí)施例1 :制備均一性優(yōu)異的Janus微球陣列，包括以下步驟：
[0024] 步驟一、利用滴涂法制備粒徑為36. 74μπι的聚苯乙烯微球單層膠粒晶體，該 聚苯乙烯微球單層膠粒晶體作為壓印基底；具體內(nèi)容是：用移液槍取體積分?jǐn)?shù)為1% 的36. 74 μ m PSt微球水溶液15 μ 1，滴到潔凈的蓋玻片上，在室溫環(huán)境下自然晾干得到 PSt-MCC壓印基底。
[0025] 步驟二、利用機(jī)械拉伸法制備帶有條形皺紋的聚二甲基硅氧烷皺紋模板，該聚二 甲基硅氧烷皺紋模板作為印章；具體內(nèi)容是：首先，將聚二甲基硅氧烷（PDMS)預(yù)聚體和交 聯(lián)劑SYLGARD? 184(購(gòu)自美國(guó)道康寧公司）按質(zhì)量比為10:1混合后，倒入培養(yǎng)皿中，用 玻璃棒充分?jǐn)嚢栊纬删鶆虻念A(yù)聚合物；然后，將上述預(yù)聚合物在循環(huán)水式多用真空泵中脫 氣1小時(shí)后，在70°C下加熱4h進(jìn)行固化；獲得PDMS彈性體；最后，將上述的PDMS彈性體剪 切成6cmX 2cm的長(zhǎng)方形，在預(yù)拉伸10 %的狀態(tài)下用氧等離子體處理30min，處理過(guò)程中的 回縮速度為〇. lmm/min，回縮后得到帶有條形皺紋的PDMS皺紋模板，該皺紋模板的PDMS皺 紋形貌如圖1所示。
[0026] 步驟三、將步驟一制得的壓印基底在100 °C下預(yù)加熱15min，然后在該壓印基底上 加蓋步驟二制得的帶有條形皺紋的PDMS皺紋模板，外加 IOg負(fù)載，在烘箱中保持退火溫度 為IKTC加熱Ih ;隨爐冷卻至室溫取下PDMS皺紋模板并卸載，得到均一性優(yōu)異的Janus微 球陣列。
[0027] 通過(guò)光學(xué)顯微鏡下觀察，該Janus微球陣列中的每個(gè)Janus微球的整體呈圓餅形 (即原球形微球在受到垂直向下的外力作用時(shí)發(fā)生垂直方向（高度）尺寸減小，橫向尺寸增 加，且微球上下表面均為平面），所述Janus微球的上表面帶有規(guī)則條紋圖案。本實(shí)施例1 所得Janus微球陣列如圖2的光鏡圖所示。
[0028] 實(shí)施例2 :制備均一"性優(yōu)異的Janus微球陣列，其步驟與實(shí)施例1基本相同，不同 僅在于其中步驟三中的退火溫度為120°C。得到的圓餅形Janus微球陣列如圖3的光鏡圖 所示。
[0029] 實(shí)施例3 :制備均一"性優(yōu)異的Janus微球陣列，其步驟與實(shí)施例1基本相同，不同 僅在于其中步驟三中的加載負(fù)荷為40g，退火溫度為120°C。得到的圓餅形Janus微球陣列 如圖4的光鏡圖所示。
[0030] 綜上，本發(fā)明方法主要是利用PDMS皺紋模板對(duì)PSt-MCC微球基底進(jìn)行物理熱壓 印，來(lái)制備均一性優(yōu)異的橄欖形Janus微球陣列。通過(guò)調(diào)控退火溫度、外加負(fù)載等壓印參 數(shù)，可得到Janus微球陣列中變形程度可控的Janus微球。本發(fā)明方法避免了之前大多數(shù) 合成法制備Janus微球時(shí)均一性較差、制備過(guò)程復(fù)雜、形貌不易控制的缺點(diǎn)。
[0031] 盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方 案，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā) 明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保 護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種均一,性優(yōu)異的Janus微球陣列，其特征在于，Janus微球陣列中的每個(gè)Janus微 球的整體呈圓餅形，所述Janus微球的上表面帶有規(guī)則條紋圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述均一性優(yōu)異的Janus微球陣列的制備方法，其特征在于，將自組 裝單層膠粒晶體與物理熱壓印相結(jié)合，并包括以下步驟： 步驟一、利用滴涂法制備粒徑為36. 74 y m的聚苯乙烯微球單層膠粒晶體，該聚苯乙烯 微球單層膠粒晶體作為壓印基底； 步驟二、利用機(jī)械拉伸法制備帶有條形皺紋的聚二甲基硅氧烷皺紋模板，該聚二甲基 硅氧烷皺紋模板作為印章； 步驟三、將步驟一制得的壓印基底在l〇〇°C下預(yù)加熱15min，然后在該壓印基底上加蓋 步驟二制得的印章，外加10-40g負(fù)載，在退火溫度為高于聚苯乙烯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下加熱 lh ;隨爐冷卻至室溫，取下印章并卸載，得到均一性優(yōu)異的Janus微球陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述均一性優(yōu)異的Janus微球陣列的制備方法，其特征在于，所述步 驟一中，用移液槍取體積分?jǐn)?shù)為1 %的36. 74 y m聚苯乙烯微球水溶液15 y 1，滴到潔凈的蓋 玻片上，在室溫環(huán)境下自然晾干，所得到的聚苯乙烯微球單層膠粒晶體即為壓印基底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述均一性優(yōu)異的Janus微球陣列的制備方法，其特征在于，所述步 驟二包括： 首先，將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和交聯(lián)劑按質(zhì)量比為10:1混合后，倒入培養(yǎng)皿中，用 玻璃棒充分?jǐn)嚢栊纬删鶆虻念A(yù)聚合物； 將上述預(yù)聚合物在循環(huán)水式多用真空泵中脫氣〇. 5-1. 5小時(shí)后，在60-80°C下加熱 3_6h進(jìn)行固化；獲得聚二甲基硅氧烷彈性體； 將上述的聚二甲基硅氧烷彈性體剪切成6cmX2cm的長(zhǎng)方形，在預(yù)拉伸10%的狀態(tài)下 用氧等離子體處理30min，處理過(guò)程中的回縮速度為0. 1-0. 5mm/min，回縮后得到帶有條形 皺紋的聚二甲基硅氧烷皺紋模板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述均一性優(yōu)異的Janus微球陣列的制備方法，其特征在于，所述步 驟三中，退火溫度為ll〇°C或120°C。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種均一性優(yōu)異的Janus微球陣列，其中每個(gè)Janus微球的整體呈圓餅形，Janus微球的上表面帶有規(guī)則條紋圖案。其制備是將自組裝單層膠粒晶體與物理熱壓印相結(jié)合，包括利用滴涂法制備36.74μmPSt-MCC作為壓印基底，利用機(jī)械拉伸法制備PDMS皺紋模板作為印章。將微球100℃預(yù)加熱15min，然后在其上加蓋皺紋模板及一定負(fù)載，加熱保持高于PStTg溫度一段時(shí)間。冷卻后取下模板，可得到上表面帶有規(guī)則條紋圖案的圓餅形Janus微球陣列。通過(guò)調(diào)控退火溫度及負(fù)載，得到具有不同變形程度的Janus微球。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的操作方式，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)在PSt微球表面構(gòu)筑圖案及制備均一性優(yōu)異的Janus微球陣列，避免了大多數(shù)合成法制備Janus微球時(shí)制備過(guò)程復(fù)雜、均一性較差、形貌不易控制的缺點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】B81B1-00, B81C1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104528629
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410789253
【發(fā)明人】魯從華, 汪娟娟, 侯靜, 陳欣, 楊秀
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日