Ricercatori cinesi hanno sviluppato un metodo di polimerizzazione interfacciale in emulsione per fabbricare particelle Janus che mostrano anisotropia chimica e topologica. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Progressi scientifici in un articolo intitolato "Una strategia generale per sintetizzare particelle di Janus chimicamente e topologicamente anisotrope".

I materiali in particelle polimeriche hanno un notevole effetto sulla vita quotidiana, in gran parte dovuto alla topologia e alla chimica di superficie delle particelle polimeriche. La polimerizzazione in emulsione è una tecnica di sintesi tradizionalmente leader per le particelle. Però, produce solitamente particelle sferiche a causa della tensione superficiale, ponendo una sfida per la messa a punto della topologia e della chimica delle particelle.

Per superare la limitazione della tensione superficiale, i ricercatori dell'Istituto tecnico di fisica e chimica dell'Accademia cinese delle scienze hanno recentemente sviluppato un approccio generale di polimerizzazione interfacciale in emulsione per sintetizzare un'ampia varietà di particelle di Janus con anisotropia topologica e chimica controllabile. Nello studio, hanno scelto di utilizzare un tipico sistema di emulsione olio in acqua - stirene (St) e divinil benzene (DVB) in emulsione acquosa - in cui monomeri idrofili (ad es. acido acrilico (AA) o acrilammide (AM)) sono stati introdotti come molecole di ancoraggio. La polimerizzazione è stata inizialmente progettata per avvenire all'interno di una goccia d'olio.

I ricercatori hanno scoperto che un nucleo di particelle potrebbe essere prodotto all'interno di goccioline di olio e il nucleo di particelle si sposterebbe verso l'interfaccia olio/acqua. I monomeri di ancoraggio idrofili nella fase acquosa esterna potrebbero quindi contattare il nucleo della particella ed essere avviati a polimerizzare, innescando la polimerizzazione dell'ancoraggio interfacciale. Sull'interfaccia, basato sul principio dell'uguale potenziale chimico all'equilibrio, copolimerizzazione preferenziale di AA, St e DVB si sono verificati lungo l'interfaccia in due direzioni, con conseguente formazione di particelle di Giano a forma di luna crescente.

La simulazione teorica dei ricercatori ha costantemente suggerito una crescita preferenziale, simile a quello che hanno ottenuto nell'esperimento. Questo nuovo metodo amplierà significativamente l'utilità delle particelle di Janus, creare nuove opportunità in un'ampia varietà di applicazioni, dall'ambiente alla salute, specialmente in quelli che coinvolgono la separazione olio-acqua e la rilevazione biologica.

L'approccio può produrre particelle di Janus con topologie anisotrope e anfifilia (Fig.2). L'approccio di polimerizzazione in emulsione dei ricercatori ha prodotto circa 5 g di particelle Janus uniformi in un lotto, fornendo un modo efficace per sintetizzare le particelle di Janus su larga scala.

La tecnica può essere utilizzata per polimerizzare monomeri vinilici, compresi carica positiva, quelli a carica neutra e quelli a carica negativa, arricchendo notevolmente la comunità delle particelle di Giano. Questo metodo può anche essere esteso alla fabbricazione di grandi aree di attuatori di film Janus bidimensionali.