《高分子微球和微囊》是先進化工材料關鍵技術叢書的一個分冊。
《高分子微球和微囊》是多項國家和省部級成果的系統(tǒng)總結，系統(tǒng)闡述了高分子微球和微囊的制備方法、形貌控制以及新的制備方法和結果的新進展，并詳述了在重要領域的應用和進展，包括生物化工、醫(yī)藥化工、生物檢測、電子信息、儲能材料、日化品、涂料等領域的應用，提出了制備和應用中的關鍵問題和解決思路。
《高分子微球和微囊》既包括中國科學院過程工程研究所近20年在高分子微球微囊制備和應用領域的研究工作，又包括國內外在本領域有突出貢獻的同行的工作。本書適合材料、化工領域，尤其是高分子材料領域科研和工程技術人員閱讀，也可供高等學校高分子、功能材料、化工、生物工程、應用化學、電子信息及相關專業(yè)師生參考。
高分子微球和微囊支撐著諸多行業(yè)的發(fā)展，引領和帶動了新興技術的應用成功，例如，高強度瓊脂糖微球的發(fā)明使蛋白質藥物的大規(guī)模色譜分離純化成為可能，帶動了生物醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展；高度粒徑均一的微球開發(fā)成功，使其可用于液晶顯示屏間隔材料，使大屏幕液晶顯示器的開發(fā)和使用成為可能；均一微球的光子晶體催生了綠色印刷……。
微球和微囊屬于高端化工產品，其特點是小尺寸和高比表面積，按功能可分為微反應器、微分離器、微儲存器、微隔離器、微運輸器以及微結構單元等。
高分子微球和微囊支撐著諸多行業(yè)的發(fā)展，引領和帶動了新興技術的應用成功，例如，高強度瓊脂糖微球的發(fā)明使蛋白質藥物的大規(guī)模色譜分離純化成為可能，帶動了生物醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展；聚乳酸類緩釋微球制劑的研發(fā)成功使藥物的使用由頻繁注射轉變?yōu)槊總�月甚至半年注射一次，徹底改變了患者的生活質量和醫(yī)療模式；高度粒徑均一的微球開發(fā)成功，使其可用于液晶顯示屏間隔材料，使大屏幕液晶顯示器的開發(fā)和使用成為可能；均一微球的光子晶體催生了綠色印刷；在日化品中的應用實例更是舉不勝舉，徹底改變了人們的生活方式和質量。
隨著科學技術的發(fā)展和人類對生活質量追求的提高，微球制備技術的發(fā)展和應用需求也日益更新，一方面新的制備技術推動應用的發(fā)展，另一方面新的高端應用需求推動新的制備技術誕生和發(fā)展。例如，為滿足對均一微球以及綠色制備的需求，微孔膜乳化制備均一微球技術得到迅速發(fā)展，包括理論、方法、產品和規(guī)模化制造裝備，已經在生物制藥和醫(yī)療產品中得到廣泛應用；批量制備均一納米微球是限制眾多納米載體實驗室成果走向產業(yè)化的瓶頸，由此產生了對規(guī)模化制備技術的迫切需求，推動了微流控制備納米微球技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)已推出系列設備；儲能材料是近年來對能源利用提出的新需求，由此促進了儲能微囊制備技術的發(fā)展。因此，高分子微球和微囊的制備和應用受到廣泛重視，除了專門的高分子微球學會以外，不同應用領域的國際學會都設立相關分會場，展示了高分子微球和微囊的重要性及未來更廣闊的應用前景。
微球和微囊屬于高端化工產品，其特點是小尺寸和高比表面積，按功能可分為微反應器、微分離器、微儲存器、微隔離器、微運輸器以及微結構單元等。我們希望新的微球和微囊制備技術及所制造的高端產品將在更多領域應用，促進和帶動應用領域的發(fā)展，同時也希望應用領域能對微球和微囊的制備提出新的需求，并由此推動微球和微囊科學技術和高端產品的發(fā)展以及新的制備方法和理論的誕生。因此，為了推動高分子微球和微囊制備技術和產品的發(fā)展以及更廣泛和深入的應用，使廣大科研人員和產業(yè)技術人員較全面地了解高分子微球和微囊的制備技術、制備原理、產品及其進展，特撰寫《高分子微球和微囊》專著，并將其作為先進化工材料關鍵技術叢書分冊之一，對于加強微球和微囊新產品的研發(fā)和產業(yè)化應用，促進我國高端產品的發(fā)展和經濟結構改變具有重要的意義。
本書由中國科學院過程工程研究所馬光輝研究員編寫框架并統(tǒng)稿。內容既包括過程工程所團隊近20年在高分子微球和微囊制備及應用領域的研究工作，又包括國內外在本領域有突出貢獻的同行的工作。本書分為十一章，章是緒論，重點論述高分子微球和微囊的發(fā)展、功能及新技術的優(yōu)勢，由馬光輝研究員撰寫；第二章和第三章為微球的制備，分別重點介紹以單體為原料的制備方法以及以高分子為原料的制備方法，由馬光輝研究員主要撰寫，那向明副研究員協(xié)助微流控制備微球部分的撰寫；第四章～第七章重點介紹微球和微囊在生物化工和生物醫(yī)藥行業(yè)的應用，由中國科學院過程工程所完成，突出了過程工程所團隊的研究進展，分別由周煒清副研究員（第四章）、趙嵐副研究員（第五章）、韋祎副研究員和岳華副研究員（第六章）以及呂巖霖博士（第七章）撰寫；第八章是高分子微球和微囊在電子信息中的應用，由北京印刷學院孫志成教授撰寫；第九章是高分子微球和微囊在儲熱材料中的應用，由中國科學院過程工程研究所李建強研究員和張英博士研究生、李曉禹副研究員撰寫；第十章是高分子微球和微囊在日化品中的應用，由上海應用技術大學肖作兵教授、寇興然副教授、陸欣宇博士、鄭承臻博士和英國伯明翰大學張志兵教授撰寫；第十一章是高分子微球和微囊在涂料中的應用，由浙江大學羅英武教授撰寫。中國科學院過程工程研究所博士研究生胡宇寧協(xié)助了編輯工作。各位賜稿專家為本書的完稿付出了巨大的努力，在此，向他們致以真誠的感謝！
本書的部分內容是中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室在國家自然科學基金委員會、科學技術（科技部）部、中國科學院、北京市科委的支持下取得的。包括國家自然科學基金的重點項目均一、可控的微球及其制備過程的基礎研究（20536050）和超大孔生物分離介質的新型制備過程及層析應用中的新特性研究（21336010）、重點國際合作研究項目蛋白質層析純化中的失活機理及新型抗失活介質的制備（20820102036）、創(chuàng)新研究群體項目面向疫苗的生物顆粒設計和工業(yè)轉化（21821005），國家重大新藥創(chuàng)制科技重大專項課題新型納微顆粒佐劑及黏膜免疫佐劑的研究(2014ZX09102045)和生物技術藥新型載體及制劑研究關鍵技術（2009ZX09503-027），973計劃課題免疫原的遞送與遞呈機制（2013CB531505）和生物催化劑的環(huán)境適應機制研究（2009CB724705），國家863計劃課題基于瓊脂糖的高性能分離介質的研究開發(fā)（2018YFC0311101），中國科學院的知識創(chuàng)新工程重要方向項目新型藥用納米材料與納米藥物的研究（KJCX2.YW.nano02）、重點部署項目海洋源功能生物材料及醫(yī)藥制劑開發(fā)（KFZD-SW-218）等，在此表示衷心的感謝。本書中部分成果獲國家科學技術發(fā)明二等獎尺寸均一的乳液、微球和微囊的制備技術、北京市科學技術一等獎尺寸均一、可控的微球和微囊的制備與應用研究、中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)明一等獎復雜超大分子的高效分離純化和抗失活技術、中國化工學會科學技術獎基礎研究成果一等獎生物醫(yī)用顆粒的可控制造原理及應用基礎、中國顆粒學會自然科學一等獎生物可降解顆粒新結構和新功能的創(chuàng)制及藥物遞送載體的應用基礎等。生物醫(yī)用顆粒的可控制造技術入選2020年科創(chuàng)中國先導技術榜單，成為先進材料領域10項先導技術之一。
在實際科研活動中，往往微球制備科學研究和應用研究所處學科不同，制備和應用有所脫節(jié)。因此，本書為了加強制備和應用的緊密聯(lián)系，既介紹微球和微囊制備理論和技術以及新技術的發(fā)展，又介紹不同應用領域的應用進展。雖然著者在2005年出版過《高分子微球材料》一書，但新技術發(fā)展日新月異，本書將更加突出先進的制備方法和在重要領域的應用及新進展，生動的應用例會使讀者耳目一新。
限于著者的學識和理解，本書還會存在諸多不妥和不足，懇請有關專家和讀者不吝指正。
馬光輝
2021年2月
馬光輝研究員，女，博士生導師，生化工程國家重點實驗室主任。國家杰出青年基金獲得者（2001年），中國顆粒學會理事，中國化工學會生物化工專業(yè)委員會副主任委員，國際期刊Particuology、Eng Life Sci期刊領域主編，J Microencap、IEC Res等期刊編委。1984年公派去日本讀大學本科，1988年獲日本群馬大學纖維高分子工學科學士學位，1990和1993年分別獲東京工業(yè)大學高分子工學科碩士和博士學位，1994-2001年任東京農工大學助理教授，2001年起任中國科學院過程工程研究所研究員。研究方向為均一生物微球和微囊的制備及其在生化工程和醫(yī)學工程中的應用，包括生化分離介質、藥物和疫苗遞送系統(tǒng)、細胞培養(yǎng)微載體、酶固定化載體等創(chuàng)新產品。發(fā)表SCI論文430余篇，發(fā)表的論文先后獲得Elsevier出版集團頒發(fā)的Highest Cited Original Research 2006 Awards，Top 50 Highly Cited Articles by Chinese Mainland Authors (2006-2010)，Top Cited Paper for 2010 and 2011等獎勵。中國發(fā)明專利授權80余件，美國、歐洲、日本等國外專利授權12件，專利技術和產品在國內外500多家單位得到應用。獲國家技術發(fā)明二等獎（2009年），亞洲青年女科學家獎（2009年），亞洲生物技術協(xié)會（AFOB）杰出貢獻獎（YABEC Award，2012年）等。
章 緒論 001
節(jié) 高分子微球和微囊簡介 002
一、微球和微囊的分類 002
二、高分子微球和微囊的特性及表征 003
第二節(jié) 高分子微球和微囊制備技術簡介 006
一、以單體為原料制備高分子微球和微囊的技術 006
二、以高分子為原料制備微球和微囊的技術 007
三、高分子微球的形貌控制 007
四、高分子-無機復合微球的制備技術 008
第三節(jié) 高分子微球和微囊的應用技術簡介 008
第四節(jié) 總結和前沿展望 010
一、高分子微球和微囊的制備 011
二、高分子微球和微囊的應用 011
參考文獻 014
第二章 以單體為原料制備高分子微球 015
節(jié) 乳液聚合法和懸浮聚合法的比較 017
第二節(jié) 無皂乳液聚合法和乳液聚合法的比較 019
第三節(jié) 分散聚合、沉淀聚合、無皂乳液聚合的比較 020
第四節(jié) 細乳液聚合法和懸浮聚合法的比較 023
第五節(jié) 微乳液聚合法和乳液聚合法的比較 025
第六節(jié) 種子聚合 027
一、活化溶脹技術 028
二、動態(tài)溶脹技術 029
第七節(jié) 新技術的發(fā)展微孔膜乳化法 030
一、常規(guī)膜乳化法 030
二、從O/W、W/O及 W/O/W 體系制備均一微球 034
三、快速膜乳化法 043
第八節(jié) 新技術微流控技術制備均一微球 046
一、液滴產生 046
二、微球的制備 047
第九節(jié) 高分子微球形貌的控制及復合微球的制備 049
一、分步聚合法/混合法制備復合微球 049
二、種子聚合法 054
第十節(jié) 高分子-無機復合微球的制備 058
一、以無機顆粒為核/種子的制備法 058
二、以高分子微球為核的方法 059
三、細乳液/懸浮聚合包埋法 062
四、利用Pickering乳液的制備法 065
五、兩種顆粒的凝聚法 066
第十一節(jié) 微流控法的微球結構控制 067
一、單腔和多腔微囊 067
二、多孔微球 069
三、非球形顆粒 070
第十二節(jié) 總結和展望 071
參考文獻 072
第三章 以高分子為原料制備高分子微球和微囊 077
節(jié) 乳化-固化法 078
一、乳化方法 079
二、固化方法 080
三、固化方法的選擇 081
四、聚酯類微球和微囊 082
五、殼聚糖微球和微囊 088
六、瓊脂糖微球 090
七、海藻酸鹽微球和微囊 091
八、蛋白類微球 093
第二節(jié) 新型微孔膜乳化法制備尺寸均一的高分子微球和微囊 094
一、PLA/PLGA微球和微囊 094
二、殼聚糖微球 097
三、瓊脂糖微球 098
四、海藻酸鹽微球 100
五、葡甘聚糖微球 102
第三節(jié) 新型微流控法制備尺寸均一的高分子微球和微囊 103
一、微球的制備 103
二、結構控制 104
三、脂質體和高分子囊泡 106
第四節(jié) 單凝聚法（沉淀法） 107
一、殼聚糖微球 107
二、白蛋白微球 110
三、聚酯類微球 110
第五節(jié) 復凝聚法 110
一、殼聚糖微球和微囊 110
二、海藻酸鹽微球和微囊 111
三、明膠微球和微囊 114
第六節(jié) 噴霧干燥法 115
一、聚乳酸微球和微囊 115
二、殼聚糖微球 115
三、瓊脂糖微球 116
第七節(jié) 自乳化-固化法 116
一、聚乳酸納米微球和微囊 117
二、殼聚糖納米微球 118
三、蛋白或聚氨基酸納米微球 118
第八節(jié) 高分子微球形貌的控制及復合微球的制備 119
一、高分子微球形貌的控制 119
二、有機-無機復合微球制備 123
第九節(jié) 總結和展望 124
參考文獻 125
第四章 高分子微球和微囊在生物反應工程中的應用 131
節(jié) 高分子微球和微囊在動物細胞培養(yǎng)中的應用 132
一、細胞培養(yǎng)載體簡介 132
二、細胞培養(yǎng)微載體的基本特性 136
三、微載體的表面修飾 138
四、細胞培養(yǎng)用大孔微載體 141
第二節(jié) 高分子微球和微囊在干細胞培養(yǎng)中的應用 149
第三節(jié) 高分子微球和微囊在固定化酶中的應用 153
一、固定化酶簡介 154
二、多孔微球載體 154
三、納米級固定化酶載體 157
四、微囊包埋酶 160
五、磁性載體負載酶 162
六、智能載體固定化酶 165
第四節(jié) 總結和展望 168
參考文獻 169
第五章 高分子微球和微囊在生物分離工程中的應用 177
節(jié) 高分子微球分離介質概述 178
第二節(jié) 層析技術 180
一、凝膠過濾層析 180
二、離子交換層析 182
三、疏水層析 184
四、親和層析 185
第三節(jié) 基于高性能分離介質的高通量層析技術 187
一、粒徑均一分離介質 187
二、超大孔分離介質 191
三、接枝型分離介質 196
四、核-殼介質 199
五、高通量層析技術 200
第四節(jié) 高分子微球在生物大分子分離純化領域的應用 201
一、治療性蛋白 201
二、抗體 206
三、蛋白組學 208
四、DNA 209
五、酶 210
六、多糖 212
第五節(jié) 高分子微球在多肽、天然產物等分離純化中的應用 213
一、多肽 213
二、天然產物 214
第六節(jié) 柱層析復性 215
一、凝膠過濾層析復性 216
二、疏水層析復性 216
三、離子交換層析復性 217
四、親和層析復性 218
五、分子伴侶固定化復性 218
第七節(jié) 基于高分子微球材料的新型分離技術 219
一、磁性微球 219
二、分子印跡分離技術 222
三、手性分離技術 223
第八節(jié) 總結和展望 223
參考文獻 224
第六章 高分子微球和微囊在藥物制劑工程中的應用 231
節(jié) 高分子微球和微囊在緩/控釋制劑中的應用 232
一、用于緩釋微球制劑的藥物類型 233
二、緩/控釋微球的給藥途徑 236
三、制備微球的材料 237
四、緩釋微球制劑的質量評價 238
第二節(jié) 高分子微球和微囊用于緩/控釋制劑中的關鍵點和
調控策略 240
一、粒徑均一性的重要性及調控策略 241
二、提高微球和微囊載藥量的方法 242
三、改善微球和微囊釋藥速率的方法 245
四、改善微球和微囊藥物穩(wěn)定性的方法 246
第三節(jié) 高分子納微球在疫苗制劑中的應用研究 249
一、高分子納微球均一性的重要性 249
二、微球理化性質對疫苗免疫效果的影響 250
三、均一納微球作為疫苗遞送系統(tǒng)的應用 254
第四節(jié) 高分子納微球載體在抗腫瘤藥物遞送中的應用研究 263
一、微球理化性質對抗腫瘤效果的影響 264
二、腫瘤組織靶向策略 266
三、細胞精準遞送和新型仿生遞送策略 272
第五節(jié) 總結和展望 273
參考文獻 275
第七章 高分子微球和微囊在檢測試劑中的應用 283
節(jié) 高分子微球和微囊在生物成像中的應用 285
一、生物成像系統(tǒng) 285
二、光學成像 286
三、磁共振成像 289
四、放射性同位素成像 291
五、超聲成像 292
第二節(jié) 高分子微球和微囊在生物醫(yī)學檢測中的應用 294
一、聚集試驗 294
二、流式細胞術 296
三、磁珠篩選 297
四、核酸分析 297
五、其他檢測 299
第三節(jié) 高分子微球和微囊在檢測中的其他應用 302
一、分子印跡 302
二、創(chuàng)傷檢測 303
三、環(huán)境污染物檢測 305
四、農藥檢測 305
五、智能傳感 306
第四節(jié) 總結和展望 307
參考文獻 308
第八章 高分子微球和微囊在電子信息中的應用 313
節(jié) 高分子微囊在顯示器件中的應用 315
一、用于信息領域的微囊技術 315
二、微囊電泳顯示技術 317
三、電子書顯示器件的發(fā)展 318
四、電子紙顯示技術和顯示原理 319
第二節(jié) 微球和微囊在傳感器中的應用 324
一、微球和微囊在生物傳感器中的應用 324
二、微球和微囊在溫度傳感器中的應用 326
三、微球和微囊在壓力傳感器中的應用 328
四、微球和微囊在光電傳感器中的應用 329
第三節(jié) 微囊在導電領域的應用研究進展 330
一、導電型微囊的簡介 330
二、導電型微囊的分類 331
三、導電型微囊的制備 334
四、導電型微囊的應用 335
第四節(jié) 高分子微球和微囊在自修復領域的應用 338
一、自修復材料簡介 338
二、自修復微囊 339
三、自修復微囊應用領域 343
第五節(jié) 微球和微囊在功能印刷領域的應用 346
一、在印刷信息記錄材料中的應用 347
二、在立體印刷中的應用 348
三、在3D打印中的應用 349
四、在防偽印刷中的應用 353
第六節(jié) 總結和展望 354
參考文獻 355
第九章 高分子微囊在儲熱材料中的應用 363
節(jié) 高分子儲熱微囊的制備技術 365
一、原位聚合法 365
二、界面聚合法 367
三、懸浮聚合法 369
四、細乳液聚合法 370
五、復凝聚法 371
六、噴霧干燥法 372
第二節(jié) 高分子儲熱微囊在綠色建筑領域的應用 373
一、混凝土和水泥砂漿 374
二、石膏板 376
三、夾芯板等 377
四、集成屋頂、墻板和地板等 379
第三節(jié) 高分子儲熱微囊在紡織品領域的應用 381
一、調溫機理 381
二、高分子微囊載入方法 382
三、調溫紡織品的應用 386
第四節(jié) 高分子儲熱微囊在功能流體中的應用 388
一、潛熱型功能流體的研究 389
二、潛熱型功能流體的應用 389
第五節(jié) 總結和展望 391
參考文獻 392
第十章 高分子微球和微囊在日化品中的應用 397
節(jié) 用于日化品中的特殊微球和微囊制備技術 398
一、微球制備技術 398
二、微囊制備技術 403
第二節(jié) 微粒的力學性能表征技術 407
一、批量表征法 408
二、單個微粒表征法 409
第三節(jié) 微囊在日化產品中的應用 414
一、洗滌劑 414
二、牙膏 415
三、化妝品 416
四、紡織品 417
五、香料香精 419
六、食品、動物飼料及營養(yǎng)素 420
第四節(jié) 總結和展望 421
參考文獻 423
第十一章 高分子微球和微囊在涂料中的應用 427
節(jié) 高分子膠乳/分散體的表征 429
第二節(jié) 功能高分子微球在水性涂料中的應用 430
第三節(jié) 各類涂料用的典型高分子微球 432
第四節(jié) 低VOC水性涂料用高分子微球 437
一、膠乳共混 437
二、結構型膠乳 438
第五節(jié) 中空高分子微球 439
第六節(jié) 高分子復合微球 441
一、高分子/TiO2復合微球 441
二、加尼斯（Janus）粒子 442
第七節(jié) 功能與智能涂料用高分子微球 442
第八節(jié) RAFT乳液聚合及其在高分子功能微球中的應用 443
一、嵌段共聚物膠乳 444
二、梯度共聚物膠乳 446
三、嵌段共聚物膠乳智能顏料 447
四、可重分散高分子微球 450
第九節(jié) 活性界面聚合與納米中空微球 451
第十節(jié) 總結和展望 453
參考文獻 454
索 引 459
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