具有光致異構(gòu)性的偶氮苯可作為一種特殊的液晶基元。含有偶氮苯的嵌段共聚物在反式狀態(tài)下可呈現(xiàn)液晶態(tài),經(jīng)紫外光照射后,偶氮苯轉(zhuǎn)化為順式結(jié)構(gòu),液晶態(tài)消失。通過可見光照,又可回復(fù)到液晶態(tài)。因此,偶氮苯嵌段共聚物的膠束聚集體可通過紫外光/可見光的交替照射來觸發(fā)其可逆形變。但是,目前這類研究工作多為球形粒子或者囊泡,非球形聚合物粒子的可逆形變鮮見報道。此外,Janus(古羅馬的“雙面神”)粒子是一種在同一介觀體系中,具有兩種截然不同組成與物理(或化學(xué))性質(zhì)的一類非對稱結(jié)構(gòu)材料,通常具有明確分區(qū)結(jié)構(gòu)。這種非對稱納米粒子的出現(xiàn)為納米材料的制備、表面功能化以及納米結(jié)構(gòu)的研究提供了一個新的領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的對稱粒子不同的是,僅單個非對稱納米粒子就具有不同的化學(xué)或物理特性以及方向性。這種特殊的性質(zhì),使其在多個領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用價值。光控可逆形變非對稱Janus納米粒子在遠程遙控藥物傳送與緩釋、納米反應(yīng)器等方面都有重要應(yīng)用。
北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳愛華副教授團隊長期從事偶氮苯液晶嵌段共聚物的相關(guān)研究工作。最近,該團隊與清華大學(xué)楊振忠教授合作,通過三維受限自組裝,得到了光觸發(fā)可逆自吞噬的Janus納米粒子(Light-Triggered Reversible Self-Engulfing of Janus Nanoparticles, ACS Macro Lett. 2018, 7, 1475-1479)。該論文的第一作者為北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)碩士研究生侯曉娟,陳愛華副教授和楊振忠教授為通訊作者。
如圖1所示,兩親性嵌段共聚物的疏水端為側(cè)鏈含有偶氮苯液晶基元的聚甲基丙烯酸酯(PMAAz),親水端可以是PEO、P4VP、PMAA等,通過上述方法成功制備出了雪人狀Janus納米粒子(NPs)。Janus NPs 的一端為PMAAz,具有有序液晶條紋,呈近晶態(tài)。經(jīng)紫外光照射,偶氮苯發(fā)生反式-順式轉(zhuǎn)變,成為無定形態(tài),造成體積膨脹,可以吞沒另外一端,構(gòu)成“自吞噬”行為。并且,這種自吞噬的粒子在可見光照下可以完全恢復(fù)到原始形貌和近晶態(tài)。
圖2為兩組不同體積分數(shù)的嵌段共聚物在三種狀態(tài)下的TEM照片。由圖可見,當PMAAz體積分數(shù)較小時,發(fā)生變形的PMAAz部分體積膨脹程度較低,粒子由Janus轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄒ藸。隨著PMAAz體積分數(shù)的增大,膨脹的PMAAz部分無法獨立支撐,沿著PEO端坍塌,最終形成PMAAz在外部、PEO在內(nèi)部的暈-核結(jié)構(gòu)。經(jīng)可見光照射,所有粒子又恢復(fù)為初始的Janus形貌,并且PMAAz鏈段再次形成近晶態(tài)有序排列,形成完全可逆的自吞噬行為。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市科技新星人才計劃和北航青年拔尖人才計劃的資助。
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