Janus 纳米粒子作为一类具有不对称结构与多重功能的新型材料，其名称源自罗马神话中掌管开端与终结的双面神 Janus，形象地诠释了这类材料在同一颗粒内集成截然相反物理化学性质的独特特征。自 20 世纪 90 年代 de Gennes 第一次提出 Janus 颗粒概念以来，该领域已发展成为材料科学、生物医学、能源环境等多学科交叉的研究热点。近年来，随着制备技术的革新与功能设计的深化，Janus 纳米粒子在精准医疗、智能器件、环境治理等领域展现出巨大应用潜力。本文系统综述了 Janus 纳米粒子的分类特征、先进制备技术、独特性能机制及其前沿应用，重点分析了 2023-2025 年的最新研究进展，并展望了该领域面临的挑战与未来发展方向。
Janus 纳米粒子的核心特征在于其结构、化学组成或功能特性的空间不对称性，这种独特结构使其能够突破传统对称纳米材料的功能局限，实现多种矛盾性质的协同集成。根据基础材料性质与结构特征，目前主要可分为三大类：有机 Janus 纳米粒子、无机 Janus 纳米粒子以及有机 - 无机复合 Janus 纳米粒子，各类材料在制备方法、性能特点与应用场景上各具优势。
有机 Janus 纳米粒子主要由聚合物构成，通过不同聚合物链段的不对称分布实现功能分区。这类粒子通常具有良好的生物相容性、可降解性和结构可塑性，常见制备方法包括种子乳液聚合诱导相分离、自组装法等。例如，通过调节种子颗粒粒径和反应物用量比例，可精确控制 Janus 颗粒的粒径及两相分区尺寸比例，从而实现对其表面浸润性、降解速率等性能的定制。有机 Janus 纳米粒子在药物递送、组织工程等生物医学领域具有天然优势，但其机械性能和化学稳定性相对有限。
无机 Janus 纳米粒子以金属、金属氧化物、半导体等无机材料为主体，典型代表包括金 (Au)、铂 (Pt)、二氧化硅 (SiO₂)、四氧化三铁 (Fe₃O₄) 等构成的不对称结构。上海大学李运波课题组 2024 年的综述指出，金基 Janus 纳米材料因优异的生物相容性、光学特性和等离子体效应，在生物传感、光热治疗等领域备受关注。无机 Janus 粒子通常具有良好的导电性、催化活性和结构稳定性，但制备过程往往需要复杂的表面改性以改善其分散性和生物相容性。
有机 - 无机复合 Janus 纳米粒子结合了两类材料的优势，通过有机相和无机相的不对称复合实现功能互补。例如，Fe₃O₄@SiO₂-Pt 复合 Janus 颗粒同时具备磁响应性、催化活性和自驱动能力，可作为智能催化体系应用于复杂反应过程。这类粒子的制备通常涉及多步改性与组装过程，但其功能集成度高，在智能器件、环境修复等跨学科领域展现出独特的价值。
Janus 纳米粒子的不对称结构赋予其区别于传统对称纳米材料的独特性能，主要体现在以下三个方面：
界面选择性：由于颗粒两侧具有不同的表面能和化学性质，Janus 纳米粒子表现出优异的界面识别与组装能力。例如，两亲性 Janus 颗粒可自发富集于油水界面，作为高效 Pickering 乳化剂稳定乳液体系，同时可将催化活性位点精准定位在界面处，显著提高反应效率。
定向响应性：通过不对称功能化设计，Janus 纳米粒子可实现对单一或多重外部刺激的定向响应。目前研究较多的包括磁响应性（引入 Fe、Ni 等磁性元素）、pH 响应性（接枝酸碱敏感聚合物链）和光响应性（负载 Au 或 Fe₃O₄纳米簇、偶氮苯等光敏感基团），这些响应特性使其在靶向药物递送、智能分离等领域具有重要应用价值。
自驱动能力：Janus 纳米粒子的结构不对称性使其能够打破体系的能量平衡，实现自主运动。根据驱动机制可分为化学驱动（如 Pt 催化 H₂O₂分解产生气泡反冲力）和外部场驱动（光、磁、超声、电场等），这种自驱动特性有助于其在生物体内穿透生物屏障，或在环境介质中主动寻找目标污染物。
Janus 纳米粒子的制备技术已从早期的探索阶段逐渐走向精准可控，近年来在批量制备、结构调控和功能定制方面取得了一系列重要突破。传统制备方法如遮蔽法、相分离法等已较为成熟，而微流控技术、界面保护法等新兴策略为制备高性能 Janus 纳米粒子提供了新途径。不同制备方法在粒径均一性、产量、成本和结构可控性等方面各有优劣，需根据具体应用需求选择合适的技术路线。
遮蔽法（又称模板法）是制备 Janus 纳米粒子的经典策略之一，其核心思路是通过物理或化学手段遮蔽粒子的一部分表面，使暴露区域选择性地进行功能化改性。近年来，该方法在模板选择和改性工艺上得到进一步优化。例如，采用固体模板表面反应技术，将非 Janus 纳米片吸附或组装在固体表面后，对暴露部分进行精准修饰，可制备出具有特定功能分区的 Janus 纳米片。上海大学课题组在金基 Janus 材料的制备中，通过改进遮蔽工艺，实现了金属表面与聚合物链段的精确对接，显著提升了材料的稳定性和功能协同性。
相分离法主要包括乳液聚合诱导相分离和自组装相分离，适用于制备有机或有机 - 无机复合 Janus 纳米粒子。清华大学先进材料教育部重点实验室 2023 年的研究表明，通过聚合物种子乳液溶胀聚合制备两分区结构 Janus 颗粒时，可通过调节种子颗粒粒径和反应物用量比例，实现对 Janus 颗粒粒径及两相分区尺寸比例的精确调控。该方法的优势在于可规模化制备，但对反应条件（如温度、搅拌速率）较为敏感，需要精确控制以保证产物的均一性。
微乳液法通过构建水包油或油包水型乳液体系，在微液滴内部实现不对称结构的形成。Lu 等采用共流微流控管装置制备了含 Fe 核和铂壳纳米粒子的壳聚糖 Janus 胶囊，该粒子在 H₂O₂溶液中可通过 Pt 壳催化反应生成气体实现自驱动，同时在外加磁场作用下可精确控制运动轨迹，展现出在靶向药物递送中的应用潜力。微乳液法制备的粒子通常具有较好的分散性，但产量相对较低，难以满足大规模应用需求。
界面保护法是近年来发展起来的一种高效制备策略，特别适用于二维 Janus 纳米材料的合成。清华大学团队开发的石蜡界面保护法为该领域提供了创新思路：首先将石墨烯纳米片在高温下与石蜡 / 水乳化成水包油结构，利用石蜡对石墨烯一侧表面的保护作用，对暴露的外表面进行功能性接枝，随后通过良溶剂洗脱石蜡，再对另一侧表面进行改性。这种方法成功制备出一侧接枝聚 (3,4 - 乙烯二氧噻吩) 的 Janus 石墨烯纳米片，可作为活性电极应用于可穿戴电子设备，实现以汗液为电解质的能量收集。该技术的显著优势在于可实现大面积、高一致性的 Janus 结构制备，且工艺相对简单，易于放大。
微流控技术为 Janus 纳米粒子的精准制备提供了革命性手段。通过微通道内流体的精确操控，可实现反应物的可控混合与反应，制备出粒径均一、结构可控的 Janus 粒子。近年来，该技术在响应性 Janus 颗粒的合成中得到广泛应用，例如通过调节微流控芯片的通道结构和流体参数，可制备出具有磁 /pH/ 光多重响应性的 Janus 纳米粒子。微流控技术的优势在于可实现粒子结构的精确调控，但设备成本较高，目前主要用于实验室规模的精密制备。
选择性刻蚀法为制备中空或多孔结构的 Janus 纳米粒子提供了新途径。Zhu 等通过连续沉积并选择性刻蚀铂族金属（Ru、Rh、Pd、Ir 和 Pt），开发出具有多孔、超薄非对称壁结构的 Janus 纳米笼。通过改变金属颗粒前驱体的沉积顺序，可精确控制 Janus 纳米笼中各金属层的相对位置，显著提升其电催化活性。这类结构在燃料电池、电解水等能源领域具有重要应用前景，但制备过程复杂，对刻蚀条件的控制要求高。
Janus 纳米粒子的不对称结构使其在多个领域展现出超越传统对称纳米材料的优异性能，近年来其应用研究已从传统的催化、药物递送等领域，拓展到可穿戴电子、环境治理、精准医疗等前沿方向。通过对结构 - 性能关系的深入理解和功能设计，Janus 纳米粒子在解决复杂实际问题中展现出独特优势，推动了多学科交叉领域的创新发展。
Janus 纳米粒子因具有独特的结构各向异性和功能协同性，在生物医学领域呈现出多元化的应用前景。根据 2025 年《中国组织工程研究》的最新综述，其应用主要集中在药物递送、癌症治疗、生物成像和组织工程四个方向，并展现出从基础研究向临床转化的良好势头。
药物递送系统是 Janus 纳米粒子研究最为广泛的领域之一。其不对称结构可实现药物负载与靶向识别的功能分离：一侧负载药物分子（如化疗药物、蛋白药物等），另一侧修饰靶向配体（如抗体、肽链）或响应性基团，从而实现药物的精准递送与可控释放。相较于传统纳米载体，Janus 纳米粒子具有三大优势：高负载率（不对称结构提供了更多活性位点）、门控释放（通过外部刺激精确控制药物释放时机）和自主运动能力（自驱动特性有助于穿透生物屏障）。例如，磁响应性 Janus 胶囊粒子可在磁场引导下定向运动至病灶部位，通过 pH 或温度刺激触发药物释放，显著提高治疗效果并降低毒副作用。
在癌症治疗领域，Janus 纳米粒子不仅可增强传统放化疗的疗效，还为新兴治疗策略提供了新载体。研究表明，Janus 纳米粒子可通过以下途径协同增强癌症治疗：作为光热转换剂，其金属表面可将近红外光转化为热能实现光热治疗（PTT）；负载光敏剂时可用于光动力治疗（PDT）；更重要的是，近年来研究发现 Janus 纳米粒子可调控细胞铁死亡过程，为癌症治疗提供了新思路。例如，Fe₃O₄@SiO₂-Ag/Pt Janus 颗粒不仅具有催化活性，还可通过调节肿瘤微环境中的铁离子浓度，诱导肿瘤细胞铁死亡，实现多重治疗机制的协同。
生物成像领域，Janus 纳米粒子作为增敏剂可显著提升成像质量。其不对称结构可同时集成成像造影剂和靶向识别单元，例如将金纳米颗粒与磁性材料复合形成 Janus 结构，可同时增强 CT 和 MRI 成像效果，实现多模态成像。此外，Janus 纳米粒子的自驱动特性有助于其在生物组织中的深度渗透，提高成像的空间分辨率和组织覆盖率，为疾病早期诊断提供有力工具。
在组织工程中，Janus 纳米粒子主要通过两种方式发挥作用：一是作为生物支架的增强相，通过不对称结构调控细胞黏附与增殖；二是作为生长因子的载体，实现细胞因子的持续释放。研究表明，表面改性的 Janus 颗粒可显著增强支架材料的机械性能和生物相容性，同时其多孔结构可为细胞生长提供适宜微环境。不过目前该领域研究仍处于早期阶段，关于 Janus 纳米粒子对细胞分化和组织再生的长期影响还需进一步研究。
Janus 纳米粒子在智能器件领域的应用近年来取得了突破性进展，特别是在可穿戴电子设备中的应用展现出巨大商业潜力。清华大学团队开发的 Janus 石墨烯基织物涂层为该领域的典型代表：通过石蜡界面保护法制备的 Janus 石墨烯纳米片，一侧接枝功能性高分子链与织物基底牢固结合，另一侧形成导电网络。这种涂层具有超疏水、阻燃和导电三重功能，以汗液为电解质可作为活性电极使用，实现了运动能量的收集与传感功能的集成。该研究的创新之处在于利用 Janus 粒子的自取向特性，在织物表面形成单层有序结构，既保证了高透气性，又实现了多功能协同。
在能源转换与存储领域，Janus 纳米粒子主要用于提升催化效率和电极性能。其不对称结构可实现催化活性位点的精准定位和电子结构的调控，显著提升电催化反应效率。例如，Pt-Ir Janus 立方体纳米笼通过调控金属层的相对位置，增加了电化学反应的活性位点，同时减缓了析氧反应时的电子转移速率，大幅提高了电催化活性，在燃料电池和电解水领域具有重要应用价值。此外，Janus 纳米粒子作为电极材料的添加剂，可改善电极的导电性和离子扩散速率，提升电池的循环稳定性和倍率性能。
Janus 纳米粒子在环境治理领域的应用虽处于起步阶段，但已展现出独特优势，主要集中在污染物吸附和高级氧化处理两个方向。pH 响应性 Janus 颗粒通过接枝酸碱敏感聚合物链，可实现对特定污染物的选择性吸附。例如，Janus-Fe-p 颗粒对药品和个人护理品中产生的污染物具有优异的吸附性能，且可通过调节 pH 值实现材料的再生与循环利用。
在催化降解方面，Janus 纳米粒子的界面选择性和自驱动特性使其成为理想的催化剂载体。两亲性 Fe₃O₄@SiO₂-Ag
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更新时间：2025-09-27
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