Janus 納米粒子作為一類具有不對稱結構與多重功能的新型材料，其名稱源自羅馬神話中掌管開端與終結的雙面神 Janus，形象地詮釋了這類材料在同一顆粒內集成截然相反物理化學性質的獨特特征。自 20 世紀 90 年代 de Gennes 第一次提出 Janus 顆粒概念以來，該領域已發展成為材料科學、生物醫學、能源環境等多學科交叉的研究熱點。近年來，隨著制備技術的革新與功能設計的深化，Janus 納米粒子在精準醫療、智能器件、環境治理等領域展現出巨大應用潛力。本文系統綜述了 Janus 納米粒子的分類特征、先進制備技術、獨特性能機制及其前沿應用，重點分析了 2023-2025 年的最新研究進展，并展望了該領域面臨的挑戰與未來發展方向。
Janus 納米粒子的核心特征在于其結構、化學組成或功能特性的空間不對稱性，這種獨特結構使其能夠突破傳統對稱納米材料的功能局限，實現多種矛盾性質的協同集成。根據基礎材料性質與結構特征，目前主要可分為三大類：有機 Janus 納米粒子、無機 Janus 納米粒子以及有機 - 無機復合 Janus 納米粒子，各類材料在制備方法、性能特點與應用場景上各具優勢。
有機 Janus 納米粒子主要由聚合物構成，通過不同聚合物鏈段的不對稱分布實現功能分區。這類粒子通常具有良好的生物相容性、可降解性和結構可塑性，常見制備方法包括種子乳液聚合誘導相分離、自組裝法等。例如，通過調節種子顆粒粒徑和反應物用量比例，可精確控制 Janus 顆粒的粒徑及兩相分區尺寸比例，從而實現對其表面浸潤性、降解速率等性能的定制。有機 Janus 納米粒子在藥物遞送、組織工程等生物醫學領域具有天然優勢，但其機械性能和化學穩定性相對有限。
無機 Janus 納米粒子以金屬、金屬氧化物、半導體等無機材料為主體，典型代表包括金 (Au)、鉑 (Pt)、二氧化硅 (SiO?)、四氧化三鐵 (Fe?O?) 等構成的不對稱結構。上海大學李運波課題組 2024 年的綜述指出，金基 Janus 納米材料因優異的生物相容性、光學特性和等離子體效應，在生物傳感、光熱治療等領域備受關注。無機 Janus 粒子通常具有良好的導電性、催化活性和結構穩定性，但制備過程往往需要復雜的表面改性以改善其分散性和生物相容性。
有機 - 無機復合 Janus 納米粒子結合了兩類材料的優勢，通過有機相和無機相的不對稱復合實現功能互補。例如，Fe?O?@SiO?-Pt 復合 Janus 顆粒同時具備磁響應性、催化活性和自驅動能力，可作為智能催化體系應用于復雜反應過程。這類粒子的制備通常涉及多步改性與組裝過程，但其功能集成度高，在智能器件、環境修復等跨學科領域展現出獨特的價值。
Janus 納米粒子的不對稱結構賦予其區別于傳統對稱納米材料的獨特性能，主要體現在以下三個方面：
界面選擇性：由于顆粒兩側具有不同的表面能和化學性質，Janus 納米粒子表現出優異的界面識別與組裝能力。例如，兩親性 Janus 顆粒可自發富集于油水界面，作為高效 Pickering 乳化劑穩定乳液體系，同時可將催化活性位點精準定位在界面處，顯著提高反應效率。
定向響應性：通過不對稱功能化設計，Janus 納米粒子可實現對單一或多重外部刺激的定向響應。目前研究較多的包括磁響應性（引入 Fe、Ni 等磁性元素）、pH 響應性（接枝酸堿敏感聚合物鏈）和光響應性（負載 Au 或 Fe?O?納米簇、偶氮苯等光敏感基團），這些響應特性使其在靶向藥物遞送、智能分離等領域具有重要應用價值。
自驅動能力：Janus 納米粒子的結構不對稱性使其能夠打破體系的能量平衡，實現自主運動。根據驅動機制可分為化學驅動（如 Pt 催化 H?O?分解產生氣泡反沖力）和外部場驅動（光、磁、超聲、電場等），這種自驅動特性有助于其在生物體內穿透生物屏障，或在環境介質中主動尋找目標污染物。
Janus 納米粒子的制備技術已從早期的探索階段逐漸走向精準可控，近年來在批量制備、結構調控和功能定制方面取得了一系列重要突破。傳統制備方法如遮蔽法、相分離法等已較為成熟，而微流控技術、界面保護法等新興策略為制備高性能 Janus 納米粒子提供了新途徑。不同制備方法在粒徑均一性、產量、成本和結構可控性等方面各有優劣，需根據具體應用需求選擇合適的技術路線。
遮蔽法（又稱模板法）是制備 Janus 納米粒子的經典策略之一，其核心思路是通過物理或化學手段遮蔽粒子的一部分表面，使暴露區域選擇性地進行功能化改性。近年來，該方法在模板選擇和改性工藝上得到進一步優化。例如，采用固體模板表面反應技術，將非 Janus 納米片吸附或組裝在固體表面后，對暴露部分進行精準修飾，可制備出具有特定功能分區的 Janus 納米片。上海大學課題組在金基 Janus 材料的制備中，通過改進遮蔽工藝，實現了金屬表面與聚合物鏈段的精確對接，顯著提升了材料的穩定性和功能協同性。
相分離法主要包括乳液聚合誘導相分離和自組裝相分離，適用于制備有機或有機 - 無機復合 Janus 納米粒子。清華大學先進材料教育部重點實驗室 2023 年的研究表明，通過聚合物種子乳液溶脹聚合制備兩分區結構 Janus 顆粒時，可通過調節種子顆粒粒徑和反應物用量比例，實現對 Janus 顆粒粒徑及兩相分區尺寸比例的精確調控。該方法的優勢在于可規模化制備，但對反應條件（如溫度、攪拌速率）較為敏感，需要精確控制以保證產物的均一性。
微乳液法通過構建水包油或油包水型乳液體系，在微液滴內部實現不對稱結構的形成。Lu 等采用共流微流控管裝置制備了含 Fe 核和鉑殼納米粒子的殼聚糖 Janus 膠囊，該粒子在 H?O?溶液中可通過 Pt 殼催化反應生成氣體實現自驅動，同時在外加磁場作用下可精確控制運動軌跡，展現出在靶向藥物遞送中的應用潛力。微乳液法制備的粒子通常具有較好的分散性，但產量相對較低，難以滿足大規模應用需求。
界面保護法是近年來發展起來的一種高效制備策略，特別適用于二維 Janus 納米材料的合成。清華大學團隊開發的石蠟界面保護法為該領域提供了創新思路：首先將石墨烯納米片在高溫下與石蠟 / 水乳化成水包油結構，利用石蠟對石墨烯一側表面的保護作用，對暴露的外表面進行功能性接枝，隨后通過良溶劑洗脫石蠟，再對另一側表面進行改性。這種方法成功制備出一側接枝聚 (3,4 - 乙烯二氧噻吩) 的 Janus 石墨烯納米片，可作為活性電極應用于可穿戴電子設備，實現以汗液為電解質的能量收集。該技術的顯著優勢在于可實現大面積、高一致性的 Janus 結構制備，且工藝相對簡單，易于放大。
微流控技術為 Janus 納米粒子的精準制備提供了革命性手段。通過微通道內流體的精確操控，可實現反應物的可控混合與反應，制備出粒徑均一、結構可控的 Janus 粒子。近年來，該技術在響應性 Janus 顆粒的合成中得到廣泛應用，例如通過調節微流控芯片的通道結構和流體參數，可制備出具有磁 /pH/ 光多重響應性的 Janus 納米粒子。微流控技術的優勢在于可實現粒子結構的精確調控，但設備成本較高，目前主要用于實驗室規模的精密制備。
選擇性刻蝕法為制備中空或多孔結構的 Janus 納米粒子提供了新途徑。Zhu 等通過連續沉積并選擇性刻蝕鉑族金屬（Ru、Rh、Pd、Ir 和 Pt），開發出具有多孔、超薄非對稱壁結構的 Janus 納米籠。通過改變金屬顆粒前驅體的沉積順序，可精確控制 Janus 納米籠中各金屬層的相對位置，顯著提升其電催化活性。這類結構在燃料電池、電解水等能源領域具有重要應用前景，但制備過程復雜，對刻蝕條件的控制要求高。
Janus 納米粒子的不對稱結構使其在多個領域展現出超越傳統對稱納米材料的優異性能，近年來其應用研究已從傳統的催化、藥物遞送等領域，拓展到可穿戴電子、環境治理、精準醫療等前沿方向。通過對結構 - 性能關系的深入理解和功能設計，Janus 納米粒子在解決復雜實際問題中展現出獨特優勢，推動了多學科交叉領域的創新發展。
Janus 納米粒子因具有獨特的結構各向異性和功能協同性，在生物醫學領域呈現出多元化的應用前景。根據 2025 年《中國組織工程研究》的最新綜述，其應用主要集中在藥物遞送、癌癥治療、生物成像和組織工程四個方向，并展現出從基礎研究向臨床轉化的良好勢頭。
藥物遞送系統是 Janus 納米粒子研究最為廣泛的領域之一。其不對稱結構可實現藥物負載與靶向識別的功能分離：一側負載藥物分子（如化療藥物、蛋白藥物等），另一側修飾靶向配體（如抗體、肽鏈）或響應性基團，從而實現藥物的精準遞送與可控釋放。相較于傳統納米載體，Janus 納米粒子具有三大優勢：高負載率（不對稱結構提供了更多活性位點）、門控釋放（通過外部刺激精確控制藥物釋放時機）和自主運動能力（自驅動特性有助于穿透生物屏障）。例如，磁響應性 Janus 膠囊粒子可在磁場引導下定向運動至病灶部位，通過 pH 或溫度刺激觸發藥物釋放，顯著提高治療效果并降低毒副作用。
在癌癥治療領域，Janus 納米粒子不僅可增強傳統放化療的療效，還為新興治療策略提供了新載體。研究表明，Janus 納米粒子可通過以下途徑協同增強癌癥治療：作為光熱轉換劑，其金屬表面可將近紅外光轉化為熱能實現光熱治療（PTT）；負載光敏劑時可用于光動力治療（PDT）；更重要的是，近年來研究發現 Janus 納米粒子可調控細胞鐵死亡過程，為癌癥治療提供了新思路。例如，Fe?O?@SiO?-Ag/Pt Janus 顆粒不僅具有催化活性，還可通過調節腫瘤微環境中的鐵離子濃度，誘導腫瘤細胞鐵死亡，實現多重治療機制的協同。
生物成像領域，Janus 納米粒子作為增敏劑可顯著提升成像質量。其不對稱結構可同時集成成像造影劑和靶向識別單元，例如將金納米顆粒與磁性材料復合形成 Janus 結構，可同時增強 CT 和 MRI 成像效果，實現多模態成像。此外，Janus 納米粒子的自驅動特性有助于其在生物組織中的深度滲透，提高成像的空間分辨率和組織覆蓋率，為疾病早期診斷提供有力工具。
在組織工程中，Janus 納米粒子主要通過兩種方式發揮作用：一是作為生物支架的增強相，通過不對稱結構調控細胞黏附與增殖；二是作為生長因子的載體，實現細胞因子的持續釋放。研究表明，表面改性的 Janus 顆粒可顯著增強支架材料的機械性能和生物相容性，同時其多孔結構可為細胞生長提供適宜微環境。不過目前該領域研究仍處于早期階段，關于 Janus 納米粒子對細胞分化和組織再生的長期影響還需進一步研究。
Janus 納米粒子在智能器件領域的應用近年來取得了突破性進展，特別是在可穿戴電子設備中的應用展現出巨大商業潛力。清華大學團隊開發的 Janus 石墨烯基織物涂層為該領域的典型代表：通過石蠟界面保護法制備的 Janus 石墨烯納米片，一側接枝功能性高分子鏈與織物基底牢固結合，另一側形成導電網絡。這種涂層具有超疏水、阻燃和導電三重功能，以汗液為電解質可作為活性電極使用，實現了運動能量的收集與傳感功能的集成。該研究的創新之處在于利用 Janus 粒子的自取向特性，在織物表面形成單層有序結構，既保證了高透氣性，又實現了多功能協同。
在能源轉換與存儲領域，Janus 納米粒子主要用于提升催化效率和電極性能。其不對稱結構可實現催化活性位點的精準定位和電子結構的調控，顯著提升電催化反應效率。例如，Pt-Ir Janus 立方體納米籠通過調控金屬層的相對位置，增加了電化學反應的活性位點，同時減緩了析氧反應時的電子轉移速率，大幅提高了電催化活性，在燃料電池和電解水領域具有重要應用價值。此外，Janus 納米粒子作為電極材料的添加劑，可改善電極的導電性和離子擴散速率，提升電池的循環穩定性和倍率性能。
Janus 納米粒子在環境治理領域的應用雖處于起步階段，但已展現出獨特優勢，主要集中在污染物吸附和高級氧化處理兩個方向。pH 響應性 Janus 顆粒通過接枝酸堿敏感聚合物鏈，可實現對特定污染物的選擇性吸附。例如，Janus-Fe-p 顆粒對藥品和個人護理品中產生的污染物具有優異的吸附性能，且可通過調節 pH 值實現材料的再生與循環利用。
在催化降解方面，Janus 納米粒子的界面選擇性和自驅動特性使其成為理想的催化劑載體。兩親性 Fe?O?@SiO?-Ag
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