陈爱华：光触发可逆自吞噬Janus纳米粒子的研究新进展

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具有光致异构性的偶氮苯可作为一种特殊的液晶基元。含有偶氮苯的嵌段共聚物在反式状态下可呈现液晶态，经紫外光照射后，偶氮苯转化为顺式结构，液晶态消失。通过可见光照，又可回复到液晶态。因此，偶氮苯嵌段共聚物的胶束聚集体可通过紫外光/可见光的交替照射来触发其可逆形变。但是，目前这类研究工作多为球形粒子或者囊泡，非球形聚合物粒子的可逆形变鲜见报道。此外，Janus（古罗马的“双面神”）粒子是一种在同一介观体系中，具有两种截然不同组成与物理（或化学）性质的一类非对称结构材料，通常具有明确分区结构。这种非对称纳米粒子的出现为纳米材料的制备、表面功能化以及纳米结构的研究提供了一个新的领域。与传统的对称粒子不同的是，仅单个非对称纳米粒子就具有不同的化学或物理特性以及方向性。这种特殊的性质，使其在多个领域都有很大的应用价值。光控可逆形变非对称Janus纳米粒子在远程遥控药物传送与缓释、纳米反应器等方面都有重要应用。

  北京航空航天大学材料科学与工程学院陈爱华副教授团队长期从事偶氮苯液晶嵌段共聚物的相关研究工作。最近，该团队与清华大学杨振忠教授合作，通过三维受限自组装，得到了光触发可逆自吞噬的Janus纳米粒子（Light-Triggered Reversible Self-Engulfing of Janus Nanoparticles, ACS Macro Lett. 2018, 7, 1475-1479）。该论文的第一作者为北京航空航天大学材料科学与工程学院专业硕士研究生侯晓娟，陈爱华副教授和杨振忠教授为通讯作者。

  如图1所示，两亲性嵌段共聚物的疏水端为侧链含有偶氮苯液晶基元的聚甲基丙烯酸酯（PMAAz），亲水端可以是PEO、P4VP、PMAA等，通过上述方法成功制备出了雪人状Janus纳米粒子（NPs）。Janus NPs 的一端为PMAAz，具有有序液晶条纹，呈近晶态。经紫外光照射，偶氮苯发生反式-顺式转变，成为无定形态，造成体积膨胀，可以吞没另外一端，构成“自吞噬”行为。并且，这种自吞噬的粒子在可见光照下可以完全恢复到原始形貌和近晶态。

  图2为两组不同体积分数的嵌段共聚物在三种状态下的TEM照片。由图可见，当PMAAz体积分数较小时，发生变形的PMAAz部分体积膨胀程度较低，粒子由Janus转变为花椰菜状。随着PMAAz体积分数的增大，膨胀的PMAAz部分无法独立支撑，沿着PEO端坍塌，最终形成PMAAz在外部、PEO在内部的晕-核结构。经可见光照射，所有粒子又恢复为初始的Janus形貌，并且PMAAz链段再次形成近晶态有序排列，形成完全可逆的自吞噬行为。

  该研究工作得到了国家自然科学基金、北京市科技新星人才计划和北航青年拔尖人才计划的资助。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.8b00750