Частицы Януса

Схема синтеза наночастиц Януса с помощью маскировки. 1)Однородные наночастицы находятся внутри или на поверхности таким образом, что обрабатывается только одно полушарие. 2)Открытая поверхность подвергается химическому воздействию изменению 3), которое изменяют её свойства. 4)Маскирующий агент удаляется, освобождая янус-частицы

Схема синтеза наночастиц Януса с помощью метода блок-сополимерной самосборки

Схема основного принципа способа получения наночастиц Януса методом управляемого разделения фаз: два несовместимых вещества (A и B) при смешении разделяются на собственные области, в то же время являясь частью единой наночастицы

Частицы Януса (англ. Janus particles), также янус-частицы, частицы-янусы, «двуликие» частицы — разновидность полифункциональных микро- или наноразмерных частиц, состоящих из двух и более частей разного химического состава и/или формы, с отличающимися свойствами поверхности и/или объёма.

Описание

Частицы, обладающие различными свойствами составляющих их частей, получили своё название по имени двуликого римского бога Януса. В общем случае термин «янус» используется для описания составных частиц, части которых различаются химической природой и/или полярностью. В течение последних 20 лет термин «янус» также использовался при описании асимметричных дендримерных макромолекул и мономолекулярных мицелл в растворах. При этом основное внимание уделялось твердым и устойчивым структурам-янусам, то есть частицам сложного строения, асимметрия которых обусловлена различием поверхностных химических групп. Необходимо отметить, что, в отличие от частиц ядро-оболочка, где с внешней средой ядро не контактирует, все составные части частицы Януса контактируют с внешней средой.

В последние годы все более активно изучаются бифункциональные частицы, в которых асимметрия определяется не только химическим составом половинок, но и их формой. Все эти частицы образуют большое семейство асимметричных или анизотропных частиц, к которым относятся, например, частицы в форме гантели, снеговика, желудя, а также частицы, одна из полусфер которой напоминает малину.

В общем случае, бифункциональные (и подобные им) частицы получают путём асимметризации исходных симметричных частиц, то есть путём проведения определенных химических или физико-химических процессов, позволяющих изменить симметрию элементов частиц-прекурсоров. Такие подходы могут быть разделены на 4 группы:

• Топоселективная модификация поверхности (присоединение функциональных химических групп строго к определенным участкам поверхности);
• Самосборка с использованием темплатов;
• Управляемое разделение фаз;
• Контролируемое поверхностное зародышеобразование.

Амфифильные частицы-янусы, образованные гидрофильной и гидрофобной полусферами, могут быть полезны для стабилизации эмульсий типа «вода в масле» и «масло в воде». Было показано, что частицы с промежуточной гидрофобностью являются наиболее эффективными стабилизаторами капель масла и воды субмикронного диаметра, причём такие эмульсии устойчивы в течение нескольких лет.

Если на поверхности частиц-янусов присутствуют химические группы, позволяющие локализовать отрицательные заряды на одной полусфере и положительные на другой, то в таких частицах наблюдается гигантский дипольный момент, вследствие чего частицы могут поворачиваться в зависимости от полярности электрического поля, и становится возможным дистанционное управление ими.

Если описанные биполярные частицы являются также и бихромными (двухцветными), они могут найти применение в электронных дисплеях, в частности, при создании электронной бумаги. Частицы-янусы также могут найти применение для доставки лекарств, в катализе, при создании чувствительных элементов и т. д.

Литература

•  (англ.) Nano World: Two-faced Janus nanoparticles // PhysOrg.com, 2003—2009 (дата обращения: 11.11.2009).
•  (англ.) Walther A., Muller A. // Soft Matter. 2008. V. 4. P. 663—668.
•  (англ.) Perro A., Reculusa S., Ravaine S. et al. «Design and synthesis of Janus micro- and nanoparticles» // J. Mater. Chem. 2005. V. 15. P. 3745-3760.