导读：
近期，比尔肯特大学机械工程系的研究人员设计了一种新型微流控装置，该装置通过原位分离磁性纳米粒子的方法，成功合成了具有磁各向异性的聚合物Janus颗粒。这些颗粒展现出优异的单分散性和可控的运动特性，具有广泛的生物医学应用潜力。相关研究以“Synthesis of Anisotropic Magnetic Polymeric Janus Particles by In Situ Separation of Magnetic Nanoparticles in a Microfluidic Device”为题目，发表在期刊《Langmuir》上。
本文要点：
1、本研究设计了一种新型微流体装置，用于合成由聚乙二醇二丙烯酸酯制成并嵌入磁性氧化铁纳米粒子的磁性各向异性Janus颗粒。
2、该方法包括液滴生成、外部磁场下的磁分离和紫外线聚合步骤。
3、通过优化磁场强度，可以将超顺磁性氧化铁纳米粒子定向聚集在液滴的一侧,从而制备出具有磁各向异性的Janus微粒。
4、合成的颗粒表现出单分散尺寸分布，标准偏差小于3.5%，是目前文献报道的最窄尺寸分布之一。
5、这些颗粒的各向异性磁性使其能够在外部磁场作用下绕自身轴线旋转，增加了运动的自由度。
6、这种简单、一步到位的微流控合成技术为制备具有可控运动特性的磁性Janus微粒提供了新的途径，在靶向药物传输、细胞操纵等领域具有广泛应用前景。
相比传统方法，微流控合成磁性Janus颗粒的主要优势包括：
1、精确控制反应条件：微流控技术能够对温度、浓度等反应条件进行精确控制，从而实现对颗粒尺寸和分布的精细调节。
2、提高粒子均一性：通过液滴生成技术，微流控方法能够制备出尺寸分布窄的单分散粒子，提高了粒子的一致性。
3、一步法合成：微流控技术简化了合成过程，避免了离线后处理步骤，实现了从液滴生成到颗粒固化的连续生产。
4、高通量生产：微流控设备体积小、耗材少，适合高通量分析，有利于实现规模化生产，提高生产效率。
5、可控的各向异性特性：微流控技术可以精确控制Janus粒子的磁各向异性，赋予粒子在外部磁场下可控的运动性能，为靶向药物传输和微型机器人控制提供了新的可能性。
合成的各向异性磁性Janus颗粒在外加磁场的作用下表现出可控的运动特性，主要原因如下：
1、颗粒内部含有磁性纳米粒子，这些磁性纳米粒子在外加磁场下会产生磁偶极矩，从而使颗粒产生磁各向异性。
2、当外加磁场改变方向时，磁性纳米粒子会重新定向，从而使整个Janus颗粒发生旋转。这种旋转是由于磁性部分和非磁性部分之间的磁力矩不平衡所致。
3、同时，Janus颗粒在外加磁场的作用下还会沿磁场方向发生平移运动。这是由于磁性纳米粒子在磁场中受到的磁力推动了整个颗粒的移动。
4、通过调节外加磁场的强度和方向，可以精确控制这些Janus颗粒的旋转和平移运动，从而实现对其运动的精确控制。
因此，这些Janus颗粒的可控磁响应性源于其内部各向异性的磁性结构，以及外加磁场对这种磁性结构的调控作用。
可控的运动特性为Janus颗粒在以下领域提供了广泛的潜在应用：
1、靶向药物递送：这些颗粒能够在外部磁场的引导下，精确地将药物递送到特定的病灶区域，提高治疗效果。
2、癌症免疫疗法：Janus颗粒可以用于激活T细胞，增强免疫系统对癌细胞的识别和攻击能力。
3、细胞封装与保护：这些颗粒可用于细胞封装，提供保护并改善细胞的存活率，适用于细胞治疗和再生医学。
4、生物传感器：磁性Janus颗粒可以用于蛋白质检测和生物传感器的开发，提升检测的灵敏度和特异性。
5、环境污染物去除：这些颗粒还可以用于去除水中的有机和金属污染物，具有环境修复的潜力。
图1.微流体装置示意图。
图2.（a）连接处液滴生成的光学显微镜图像。（b）液滴流入下游较宽的通道。（c）在连续相（Qc）和分散相（Qd）的不同流速下Dd/Dh的变化，其中Dd是液滴直径，Dh是水力直径。Dh由4A/P给出，其中A是孔口的横截面积，P是孔口的周长。
图3.（a）干燥磁铁矿纳米颗粒的磁化曲线（T=300K）。（b）微流体通道内的磁通密度图。
图4.（a）低磁通密度<0.3 T。（b）最佳磁通密度：0.3 T。（c）高磁通密度>0.3 T。
图5.（a）在微流体装置内聚合后各向异性磁性Janus颗粒的光学显微镜图像。（b）颗粒的尺寸分布。（c）Janus颗粒的SEM图像。（d）Janus粒子的EDX光谱。
图6.（a）各向异性磁性Janus粒子呈逆时针方向旋转并沿磁场方向移动。（b）各向异性磁性Janus粒子呈顺时针方向旋转并沿磁场方向移动。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c01862
