功能微球 杜兴科 北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司

内容提要 概述 功能微球的分类 重要的功能微球 微球的制备 结语

概述 微球是指直径在纳米至微米级，形状为球形或其他几何体的高分子或复合材料。 功能微球通常是指具有某种特殊性能的微纳米球，例如，光、电、磁学性能，吸附性能、催化性能、生物活性、对pH和温度有响应性等。 功能微球的比表面积大、表面吸附性和反应能力强、凝集作用大，由于其特殊的形态、结构和功能在许多领域获得了广泛应用。

功能微球的分类 一、按来源分类 （1）天然高分子微球 （2）半合成高分子微球 （3）合成高分子微球 二、按大小分类 （1）纳米微球：粒径1~100nm的微球 （2）亚微米微球：100~1000nm的微球 （3）微珠：1μm以上的微球

功能微球的分类 三、按材质分类 （1）高分子微球：PS、PMMA （2）无机微球：SiO2、TiO2 （3）有机-无机复合微球：磁性微球、(PS)/SiO2 四、按结构分类 （1）实心微球 （2）中空微球 （3）多孔微球 （4）核-壳结构微球 （5）其他结构：哑铃型、洋葱型、汉堡型 （6）非交联、交联微球

功能微球的分类 五、按性能分类 （1）不同功能团表面修饰微球：羟基、氨基、羧基、巯基、环氧基、氯甲基 （2）磁性微球 （3）荧光微球、彩色微球 （4）导电性微球 （5）微胶囊 （6）复合微球：如表面带有羧基的磁性荧光微球

功能微球的分类 六、按用途分类 （1）临床诊断：免疫分析、侧向流层析 （2）分离纯化介质：固定化酶、高通量药物筛选 （3）色谱填料微球 （4）催化剂、酶载体微球 （5）离子交换树脂 （6）化妆品、油漆涂料微球 （7）光子晶体微球 （8）液晶间隔物

重要的功能微球 一、功能团修饰微球 应用最多的：粒径50nm~20μm、表面修饰有羧基、氨基或羟基，分布很窄（Cv＜4%）的PS微球。

重要的功能微球 二、交联微球 通常为PS-DVB交联，粒径1~10μm，包括低交联度（5%、8%、10%）和高交联度（80%），表面为无孔或多孔，粒径分布窄，稳定性高。

重要的功能微球 三、磁性微球 内部包含无机磁体的微球，粒径有纳米级：100、200、500nm，微米级：1、3、5μm，包括聚合物磁珠和二氧化硅磁珠，表面带有羟基、羧基和氨基等活性基团，广泛应用于基因纯化、蛋白纯化、细胞纯化、微生物富集、及免疫诊断等领域。 二氧化硅磁珠专门用于核酸的提取和纯化，表面修饰大量硅羟基。羧基磁珠具有高磁含量、粒径均一和化学稳定等特点，用于蛋白纯化、细胞分离、亲和层析和免疫检测等。

结构示意图 磁性微球

重要的功能微球 四、荧光微球 一种载有荧光分子的功能微球，包括表面标记或内部含有荧光物质的微球，受到外界能量刺激时能发出荧光。 荧光微球作为一种特殊的功能微球,以其稳定的形态结构、窄的粒径分布和高效的发光效率等特点，在许多领域尤其是生物医学领域具有重要应用。 在标记、示踪、检测、标准、固定化酶、免疫医学、高通量药物筛选、基因研究以及某些高新技术领域得到广泛应用。

荧光微球 （1）普通荧光微球 在PS、SiO2微球基质或表面上结合荧光分子而成，荧光强度高、性能稳定、粒径分布窄，广泛应用于荧光显微测定、免疫检测、共聚焦荧光显微测定、侧向流层析、凝集反应等。 包括微米级（2~10μm）和纳米级（100~1000nm），激发/发射波长：425nm/500nm，488nm/515nm，530nm/575nm，550nm/610nm，633nm/690nm。表面不带功能基团或带有羟基、羧基、氨基。

荧光微球 （2）流式荧光微球 应用于流式细胞仪，最常用的有以下两大类 （a）荧光校准微球：包括空白微球（3.0~6.4μm）和荧光微球（3.0~4.0μm），激发波长488nm，发射波长530nm或575nm。 （b）绝对计数微球：包括空白微球（2.0~12.9μm）和荧光微球（5.0~12.9μm），激发波长488nm，在很宽的波长范围有多个荧光发射峰。

荧光微球

荧光微球 （3）FITC标记荧光微球 FITC与PS微球表面的氨基共价偶联而得，其激发波长为488nm，发射波长520nm，粒径3.0~3.4μm，分布窄。

荧光微球 （4）时间分辨荧光微球 通常为羧基PS微球，粒径50~400nm，PDI≤0.03。 内部包埋了经鳌合的稀土离子，其Stokes位移很大（＞150nm），且荧光寿命比本底荧光高5~6个数量级，测定时只需延缓测量时间，就能有效消除本底干扰，具有极高的灵敏度。 应用于免疫分析技术，适用免疫层析定量检测和微孔板超敏检测。

重要的功能微球 五、彩色微球 单分散彩色微球是通过在PS微球基质或表面上结合发色基团制备而得。具有色彩鲜艳，性能稳定，粒径分布窄等特性，广泛应用于显微测定、免疫检测、凝集反应、侧向流层析等检测。常用为羧基PS微球，粒径100~500nm，红色和蓝色。

重要的功能微球 六、多孔微球 聚合物交联的多孔微球，广泛应用于生物分离、吸附、固相萃取等。 多孔微球为PS-DVB 80%高交联微球，粒径包括5μm和10μm，粒径分布窄（ Cv＜4%），孔径有100、300和500Å。

多孔微球

重要的功能微球 七、免疫比浊微球 免疫比浊即在PS微球表面交联抗体，与抗原结合后，迅速聚集在一起，改变了反应液的散光或透光性能，在一定范围内反映被测抗原的浓度。 特点：步骤简单，均相，样本量少，避免了人为操作和试剂、环境等因素的干扰，重复性好。 羧基PS微球，粒径50~400nm，Cv＜3%

重要的功能微球 八、二氧化硅微球 球形度高、粒径严格单分散、变异系数小(Cv＜3%)，兼具稳定的理化性能，粒径60nm~6μm。 应用领域：研究光子晶体、构筑有序结构材料、生物医学检测、高性能聚合物添加剂、高分子纳米复合填料、高级陶瓷制备、分离纯化介质、化学机械抛光、粒度标准物质、色谱柱填料等。

二氧化硅微球

重要的功能微球 九、色谱填料微球 （1）硅胶色谱填料 （a）正相硅胶色谱填料 高纯度多孔（孔径120、300和500Å）硅胶（SiO2）微球，包括1.7~50μm任意大小、粒径均一的硅胶填料。 （b）反相硅胶色谱填料 柱效高、机械强度高和反压低，包括反相C18、C8和C4，广泛应用于医药、环境和食品等领域。

硅胶色谱填料

重要的功能微球 （2）聚合物反相色谱填料 粒径3~50μm的PS-DVB微球，表面无孔或多孔（300、500、800Å）。 具有刚性强、粒径均一、反压低、耐酸碱等特点，可以满足从实验室半制备到大规模工业化生产的各种需求。

重要的功能微球 十、液晶间隔物 由单分散无定型SiO2组成，具有非常窄的粒径分布（CV＜3%），粒径1~6 µm。 粒径值1.0μm至6.0μm范围内精确可控，每隔0.10μm为一种产品规格。 应用于LCD Spacers微球、生物分离纯化介质、生物检测、医学应用。

微球的制备 不同的聚合方法可得到不同组成、粒径的微球，其粒径的分散度也不相同。 常用高分子微球的制备方法有： （1）乳液聚合法 （2）无皂乳液聚合 （3）分散聚合法 （4）溶胀聚合法 （5）悬浮聚合法 （6）自组装法

结语 随着科学技术的发展，人们希望能根据不同的使用要求设计合成出不同结构和性能的新材料，而功能高分子微球的发展顺应了这种发展趋势。 如何正确选择单体的类型、进行分子设计，开发合适的制备方法，并使微球进一步功能化，是扩展其应用领域的有效保证。 无论是上述高分子微球，还是拓展到具有磁性、荧光性、导电性、生物活性等其他性能，都将是功能微球研究的热点。

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