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  一顆顆張著嘴的小豆豆“咬住”水中的小油滴，但它們并沒有吞噬，而是再慢慢與其他“咬住”油滴的小豆豆們一起努力，使這些被“咬住”的小油滴聚集并形成一顆大油滴，最后小豆豆們將大油滴包裹起來并使其漂浮在水面上。

  這一場景被中科院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室的顯微鏡如實(shí)地記錄下來。

  研究人員將這種神奇的小豆豆命名為Janus。因?yàn)樵诹_馬神話中，Janus是天門神，早晨打開天門，讓陽光普照人間，晚上又把天門關(guān)上，使黑暗降臨大地。他的頭部前后各有一副面孔，可以同時(shí)看著兩個(gè)不同方向，一副看著過去，一副看著未來，因此也稱兩面神。

  而Janus的兩面，正好符合這種新微粒的既親水又親油的兩面性。

帶磁性的Janus微粒

磁性各向異性微球用于油水乳液的快速分離示意圖

  目前，由于工業(yè)、生活中含油廢水的大量排放以及海上原油泄漏事故的頻繁發(fā)生，如何解決水中油污染的問題一直被研究人員密切關(guān)注著。

  通常油在水中往往以浮油、分散油、乳化油或無表面活性劑穩(wěn)定的微小油滴的形式存在。針對不同種類的油污染，在中科院引領(lǐng)下，許多研究人員相繼開發(fā)了基于表面浸潤性的膜、海綿等材料，并將其用于分離浮油、分散油甚至是乳化油等。

  盡管如此，對微小油粒的處理依然是個(gè)難題，傳統(tǒng)方法很難高效、快速地將其分離，因?yàn)檫@些油滴尺寸通常小于20μm，在水中能長時(shí)間穩(wěn)定存在。而Janus微粒的出現(xiàn)恰恰為解決這些細(xì)小油滴的分離提供了新思路。

  經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，研究人員巧妙地將界面聚合與乳液聚合兩種傳統(tǒng)合成方法結(jié)合，找到了一種新的方式，即通過油水乳液界面聚合結(jié)合納米粒子界面組裝的方法，最終才有了前面提到的Janus微粒的出現(xiàn)。

  “它的凸面親水，凹面親油。當(dāng)它被放入油水混合的乳液中時(shí)，親油的凹面可以有效捕捉水中的微小油滴。”論文通訊作者之一、中科院理化所副研究員樊俊兵告訴記者。

  當(dāng)抓住油滴后，Janus微粒會與周圍其他抓住油滴的同伴抱團(tuán)，促使微小油滴聚并形成較大的油滴，并且其表面既親水又親油的兩親性特點(diǎn)可以保證大油滴的穩(wěn)定。更為神奇的是，一塊磁鐵就可以將這些油滴吸到實(shí)驗(yàn)器皿的一邊。“這是因?yàn)槲覀冊贘anus的親水表面修飾了四氧化三鐵，使其具有磁性。”樊俊兵解釋說。而且，整個(gè)分離過程只需要兩分鐘，分離效率高達(dá)99%，并適用于不同比例、不同種類的油水混合物。

吸油只是其中一種應(yīng)用

  Janus微粒如此神奇，它的基礎(chǔ)離不開王樹濤團(tuán)隊(duì)最初研究的普適性的乳液界面聚合的方法。在這種方法下，抓取油滴只是其中一種應(yīng)用。實(shí)際上，這種微球還能選擇性地吸附納米粒子、生物分子或捕獲細(xì)菌、膠體微球。

  “Janus微球項(xiàng)目從五六年前就開始了，我們用了一年多的時(shí)間找到了新的聚合方法。”王樹濤在接受記者采訪時(shí)介紹道。之后的時(shí)間，王樹濤研究組的科研人員將研究重點(diǎn)放在乳液界面聚合機(jī)理以及不同單體配比下的對應(yīng)形成不同形貌微球的相圖上。

  什么叫相圖呢？“就好比我有水果也有冰，可以做水果口味的冰淇淋，但是它們的不同配比口味不同。那么什么比例可以做出什么樣的冰淇淋呢？我們將所有配比情況下對應(yīng)不同形貌的微球都做了一遍。”王樹濤打了個(gè)比方。

  最終，研究人員發(fā)現(xiàn)，在不同配比情況下，微粒有時(shí)卻變得圓鼓鼓的像個(gè)小饅頭，有時(shí)則像月亮……“這些數(shù)據(jù)為我們接下來進(jìn)一步的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”王樹濤表示。

應(yīng)用還需因地制宜

  “實(shí)驗(yàn)室制備Janus微粒，從最初的十幾毫升到現(xiàn)在的5升，看起來進(jìn)步很大，但真正面對以噸為單位的油水混合物還不夠。”王樹濤說。他們的論文被報(bào)道后，就陸續(xù)接到公司甚至油田打來的咨詢電話，還有的油田要將污水樣本直接運(yùn)輸過來，供他們研究。

  但是面對市場的龐大需求，王樹濤表現(xiàn)得十分理智：“我們的實(shí)驗(yàn)畢竟只在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，實(shí)際情況則要復(fù)雜得多。即便都是油田，但是周圍環(huán)境也會有所不同，有些可能巖石較多，有些則可能泥沙多，酸堿環(huán)境也不同。所以我們不能直接套用，需要因地制宜。”

  因地制宜就意味要去當(dāng)?shù)剡M(jìn)行考察，每個(gè)地方不同的特點(diǎn)可能也讓這項(xiàng)技術(shù)的介入時(shí)機(jī)不盡相同。所以，在研究人員眼中，Janus微粒的出現(xiàn)僅僅是這項(xiàng)研究的開始，未來還有很長的路要走。

  “我們可以將這一研究繼續(xù)下去，研究得更透徹。從而為解決我國油水分離的大問題做一點(diǎn)事情。”王樹濤說。