Janus粒子因双区不对称结构（物理、化学或光学性质差异），在生物医药、微纳米力学等领域潜力巨大，其中磁性Janus粒子因磁响应可控性，可用于药物递送、微电机等场景。但现有方法（火焰合成、相分离等）难精准控制粒子形貌、尺寸及磁性纳米颗粒比例，且常规微流控技术多无法一步实现“制备+磁性比例调控”。

近期，中国计量大学侯立凯副教授团队设计出一种基于θ型毛细管的微流控共流装置，实现了磁性比例可精确调控的Janus颗粒的一步法合成。所制备的颗粒单分散性高，在外磁场驱动下表现出优异的定向运动与旋转能力，成功应用于微液滴的磁控操纵与有序化学反应。相关研究以“One-step microfluidic synthesis of Janus particles with controllable magnetic nanoparticle proportion and their magnetoresponsive motion”为题目，发表在期刊《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种基于θ型毛细管的微流控共流装置，用于一步法合成具有可控磁性纳米颗粒比例的Janus颗粒。

2、通过精确调节两股油相（含Fe₃O₄纳米颗粒的O₁相与不含磁性颗粒的O₂相）的流速比，可灵活控制所得Janus颗粒的磁性区域大小。

3、颗粒经紫外光固化后呈现单分散性，尺寸变异系数小于2%。在外磁场作用下，这些颗粒表现出优异的磁响应运动特性，包括定向移动和旋转，其运动速度与磁性比例直接相关。

4、研究进一步演示了利用该Janus颗粒磁控操纵液滴，实现了L-抗坏血酸的有序逐步氧化还原反应，展现了其在靶向药物输送及微反应等生化应用中的潜力。

图1：用于一步合成磁性比例可控的Janus颗粒的微流控装置结构。

该微流控共流装置的工作原理是什么？

微流控共流装置以θ型玻璃毛细管与同轴集成结构为核心，通过多相流体的精准调控、Janus液滴形成及紫外固化实现磁性Janus粒子的一步合成。装置中，θ型毛细管内置隔膜将管腔分为两独立通道，分别输送含Fe₃O₄纳米颗粒的油相（O₁）与不含磁性物质的油相（O₂），以避免两油相提前混合；水相（含PVA表面活性剂）作为连续相从外部通道输送，三者经流量控制器精准调节流速后，在同轴集成的收集管口处，借助水相对油相的剪切与挤压作用，形成“一侧含磁性颗粒、一侧不含磁性颗粒”的水包油（O/W）Janus液滴。

Janus液滴随流体进入收集毛细管后，在管末端经紫外光（5W，365nm）照射，液滴中的UV引发剂诱导ETPTA发生自由基聚合反应，形成三维交联结构，使液滴固化为双区结构稳定的Janus粒子；收集容器中预加的1wt% PVA溶液可防止粒子粘连，最终得到磁性比例可控、单分散性优异（变异系数<2%）的磁性Janus粒子。

图2：单分散磁性Janus颗粒的可控合成与表征。a-b图：展示了在不同O₁:O₂流速比（1:1至1:4）下生成的Janus液滴（a）和固化后Janus颗粒（b）的显微镜图像，清晰地显示了其双区室结构，且磁性部分比例可控。c图：显示大量Janus颗粒在磁铁吸引下向中心聚集，证明其整体具有磁性。d图：示意了ETPTA单体在UV引发下发生光诱导自由基聚合形成交联网络的固化机理。e-h图：通过数据图表分析了流量对颗粒尺寸、生成频率和均匀度（变异系数CV）的影响，证明该装置能连续稳定地合成高单分散性（CV < 2%）的Janus颗粒。

图3：Janus颗粒的磁响应运动特性。a-b图：展示了不同磁性比例的Janus颗粒在恒定磁场下的定向移动。颗粒速度与其磁性纳米颗粒含量正相关（磁性比例1:1的颗粒最快）。c-e图：利用旋转磁场平台，证明了Janus颗粒可进行可控旋转。其旋转角速度与平台转速正相关，表现出显著的磁各向异性（因只有一半具有磁性）。

图4：利用Janus颗粒进行液滴操纵与抗坏血酸氧化还原反应。a图：演示了通过磁控Janus颗粒牵引一个蓝色指示剂液滴（DSSH）沿预定路径移动。b-d图：展示了Janus颗粒引导DSSH液滴依次与1-5号抗坏血酸液滴发生有序逐步氧化还原反应。反应液滴颜色由蓝变无色，且颜色强度分布图显示了每一步反应后的变化，验证了该方法可实现微尺度下反应时序的精确控制。同时证明颗粒可拖动自身体积400倍的液滴，负载能力优异。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2025.138075

(本文仅供参考学习及传递微流控研究成果，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除)