[发明专利]一种气泡驱动的Janus微球-水凝胶二级马达及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气泡驱动的Janus微球‑水凝胶二级马达及其制备方法。该马达为自携燃料式二级马达，Fe³⁺交联的物理水凝胶马达为第一级马达，聚苯乙烯微球单面负载Pt形成Janus微马达为第二级马达；该马达能在H₂O₂溶液环境中完成驱动。该制备方法利用溅射镀膜法将Pt负载在聚苯乙烯微球表面形成Janus微马达，基于水凝胶的原位聚合凝胶化和原位合成法，将Janus微马达封装在水凝胶基体中，采用浸泡法得到Fe³⁺物理交联的Janus微马达‑水凝胶，且将Ag催化剂负载在Fe³⁺交联的Janus微马达‑水凝胶基体表面，形成二级马达；本发明制备方法工艺简单，制备条件温和，设备要求低，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属功能高分子材料领域，具体涉及一种金属催化H₂O₂分解生成气泡快速驱动的Janus微球-水凝胶二级马达及其制备方法。

背景技术

近十年来，催化微马达尤其是管状催化微马达的出现和发展给微纳机器的发展带来了重大的突破，给人造微纳机器系统在生物医药等领域的实际应用带来了巨大的希望。这种催化微纳马达，模仿天然分子马达，以过氧化氢溶液为燃料，利用原位的催化反应将化学能转化为机械能，在液体中实现自驱动。

而相比于合成分子马达，催化微纳马达具有合成和制备简单、大小可控、运动速度极快、工作寿命长、环境要求较低、便于功能化和集成化的特点。而二级马达是将第二级马达封装负载在第一级马达中，在第一级马达运动过程中分解释放第二级马达，能够精确控制第一级马达的运动和第二级马达的释放；同时，能够保护第二级马达在运输过程中不受环境的影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种气泡驱动的Janus微球-水凝胶二级马达，该马达为自携燃料式二级马达，采用Fe³⁺交联的物理水凝胶马达作为第一级马达，聚苯乙烯微球表面负载Pt催化剂形成Janus微马达作为第二级马达；在H₂O₂溶液环境中，Ag催化H₂O₂分解产生气泡，具有强大驱动力，驱动二级马达运动；同时，Fe³⁺交联的Janus微马达-水凝胶二级马达在H₂O₂环境中自分解释放出第二级马达，即Janus微马达，Janus微马达中Pt催化H₂O₂分解产生气泡，驱动Janus微马达运动。

该气泡驱动的Janus微球-水凝胶二级马达有较强的运动调控能力和环境适应性，初始速度达到20 mm/s，运动时间高达8 min，具有良好的应用前景。

本发明目的还在于提供所述的一种气泡驱动的Janus微球-水凝胶二级马达的制备方法，该方法利用溅射镀膜法将Pt催化剂负载在聚苯乙烯（PS）微球表面形成Janus微马达，基于水凝胶的原位聚合凝胶化和原位合成法，将Janus微马达封装在水凝胶基体中，采用浸泡法得到Fe³⁺物理交联的Janus微马达-水凝胶，且将Ag催化剂负载在Fe³⁺交联的Janus微马达-水凝胶基体表面，形成二级马达；该制备方法工艺简单，制备条件温和，设备要求低，适用于工业化生产。

本发明目的通过如下技术方案实现。

一种气泡驱动的Janus微球-水凝胶二级马达的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）取聚苯乙烯微球分散液分散在乙醇中，超声处理分散均匀后，用移液枪移取至玻璃基板上，自然条件下干燥，放入溅射镀膜仪中镀Pt薄层，形成Janus微马达，并通过在乙醇中超声取下玻璃板上的Janus微马达，干燥；

（2）取锂澡土并分散在去离子水中，搅拌分散均匀，得到锂澡土分散液；