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一、微球是什么？

微球是直径在纳米和微米尺度范围的球形粒子。球形物体是自然界存在最稳定的物质形态，它是三维几何空间理想的对称体，也是单位体积中所有立体形态中面积最小的自然界大到星球如地球，小到篮球，乒乓球，玻璃珠等都是球体。地球直径是1.28万千米，而篮球直径是0.25米，1纳米等于十亿分之一米，相当于一根头发丝横切面的六万分之一，如果拿纳米的微球与篮球相比，就相当于篮球于地球之比例。如此之小的纳米微球材料却是现代产业发展的重要基础。

图1.球体是自然界存在的最稳定的形态

微球为何如此重要？

微球材料属于纳米技术领域，虽然不是目前科研院所的研究热点，但却是生物制药、电子信息、医疗器械、国防军工等现代产业发展基础。可以这么说，没有微球材料技术就无法生产出用于治疗癌症的生物药，没有微球也无法生产手机电脑用液晶显示屏。纳米微球所具有的小尺寸效应、表面效应、极其优异的光、电、磁、力学、机械等性能而被广泛地用于现代工业生产中，也是当今和未来高技术和新兴产业发展的重要基础。

纳米微球是未来高新技术产业发展的基石

纳米微球的市场发展前景及行业优势

随着21世纪电子信息、生物制药、能源、环境和国防的高速发展，对纳米微球材料的性能和制备技术也提出了越来越高的要求，包括对纳微米粒子大小的精确性、粒径分布的均一性、形态、孔道结构的精确调控，以及材料的组成、表面功能化的控制等等。

粒径、形态、结构、材料组成可精确调控的高性能纳微米球材料是电子信息、生物制药、能源、国防等产业的核心材料。掌握了这些核心材料往往也就控制了战略性新兴产业的制高点。因此欧美日等发达国家都从战略的高度投入了大量人力物力，致力于高性能纳微米材料的研制，以求占有核心产业的控制权。

我国在纳米科技领域的研究虽然起步较早，基础研究也取得了很好的成绩，如我国在纳米技术领域发表的文章数量已多年位居世界第一，但我国在纳米微球的应用和产业化研究却严重滞后，因此国内科研院所的研就成果往往只能停留在实验室阶段无法成功地产业化。目前几乎所有高性能、高附加值纳米微球材料都由国外垄断，如用于液晶显示的间隔微球、导电金球、光扩散微球基本由日本垄断，而用于生物制药的分离纯化介质微球、用于分析检测的色谱柱硅胶填料微球，则由欧美垄断。

纳米微球的核心技术优势

如何精确控制和大规模化生产裸眼看不到的纳米微球并赋予这些材料的功能，以满足现代产业的需求是当今纳米材料科学家最重要的研究方向。纳米微球的关键技术问题和研究方向如下：

1、纳米微球粒径大小径及粒径分布精确控制关键技术：

纳米微球的应用非常广泛，不同的应用需要不同性能的微球，很多高端应用都对微球的粒径大小和均一性都有极高的要求，如液晶间隔物微球和导电金球都要求能精确控制粒径大小（平均粒径精度控制在50纳米以下），粒径分布满足变异系数小于3%，因此不同材料组成的纳米微球的精确粒径大小和分布本领域首要解决的关键技术问题。

2、纳米微球的孔径大小,孔径分布和比表面精确调控关键技术：

在很多应用领域，不仅要严格控制微球材料、粒径大小、分布和机械强度，还要调控微球的比表面积、孔道结构等，如用于生物分离和分析的微球介质和色谱填料，微球粒径大小、均一性、纳米孔道结构都会影响生物分子分离和分析效果，因此如何调控微球孔道结构，比表面积也是关键技术之一。

3、纳米微米球表面改性和功能化技术：

不同的应用需要不同的表面功能基团，如用于诊断的荧光和磁性微球一般都需要有表面活性基团，使得抗体及生物分子可以链接到微球表面。因此微球表面功能化或改性以满足不同应用领域的需求是一重要技术问题。

4、纳米微球规模化生产工艺技术:

很多科研院所开发出的纳米微球合成方法都只能局限于实验室的制备，一旦放大生产就往往重复不出来，因此技术无法转化成产品。如何解决从实验室到大规模化生产的工程转化也是关键问题之一。

最后，微球应用开发牵涉到很多交叉领域的技术，需要不同领域的专家紧密合作才能开发不同领域应用的微球产品。

纳米微球的应用领域

纳米微球的应用极其广泛，几乎渗透到所有的产业：无论是新医药、平板显示、食品安全检测、医疗诊断，还是水处理、节能环保、石油化工、国防安全等都离不开先进纳微米球材料。

在制药领域：纳米孔道结构的微球材料具有极高的比表面积，因此具有极强的吸附性能，如果在微球表面键合特殊功能基团使它可以选择性吸附某些物质，这一特性使得纳米微球材料成为所有生物药和天然药分离纯化过程中不可缺少的材料，另外气相和液相色谱是当今医药分析检测最常用的方法，而色谱核心的材料就是微球材料。在药物制剂领域，微球也是理想的药物缓控释的载体，当有效组份负载在空心或多孔的纳米微球载体中可以使药物在人体里缓慢释放，以减小药物的毒负作用，增加药物的有效性。由磁性材料组成的多孔微球可作为靶向释药系统的载体，在外加磁场的作用下，将药物载至预定区域，可使免疫磁性微球上的抗癌药物更易与癌细胞接触，提高了杀伤癌细胞的效果。

在平板显示领域：单分散、粒径高度均一的微球材料可以作为间隔物用于控制液晶盒厚，起到支撑上下基板的作用；导电微球均匀分布在热固化性树脂中形成各向异性导电膜（ACF）则是连接芯片和面板的关键材料；把光扩散微球涂到光学膜的表面或均匀地分散在基板中，可以将点光源变成面光源，则是背光源膜组的重要部件。

在食品安全检测领域：微球由于有极高的比表面积和特殊的表面基团使得微球具有选择性吸附功能，因此特殊功能化的多孔的微球可以把牛奶里的的三聚氰胺，蔬菜里农药残留，血液的有害物质象大海捞针一样把极其微量的有害物质捕获出来，使我们能精确检测到这些有害物质的含量。另外微球还是高效液相色谱和气相色谱柱的心脏，而高效液相色谱和气相色谱是当今检测和分析有害物质的最重要手段之一。

在LED照明领域：在LED芯片或封装材料里加入纳微米球不仅可以大幅度提高LED发光效率，并增加光的柔和性保护人的眼睛。

在化妆品领域：在化妆品里添加微球不仅可以增加手感和抗紫外功能，还可遮盖皮肤的缺陷，延长有效成分的稳定性，增加皮肤的美感。

在水处理领域：功能性的微球可以除去水里有机杂质和金属离子成分，可制备用在半导体工业、医药、核工业等的超纯水，也可用于净化日常饮用水。水为人类洗涤了污秽，微球却可以铲除水里的污秽，到达净化水的目的。

在血液净化领域：微球可以替代肾脏用来去除血液有毒物质，治疗和延长病人寿命。微球是制造人工肾的关键材料。

在计量领域：粒径高度均一的微球可以作为标准颗粒用于精确测量常规尺子无法计量的纳米尺寸的物质，标准颗粒作为计量工具也可用于矫正精密计量仪器。

在医疗诊断领域：功能化微球如磁性微球，多色荧光编码微球可广泛地应用于免疫分析，进行多样品或多标靶的高通量检测。由于微球的使用，使我们可以更快速，方便地进行疾病检测和诊断。

在生物技术领域：微球由于具有极高的表面积并且容易分散在培养液中，因此在动物细胞培养上，微球作为动物细胞载体能够提供大量的比表面积让细胞在其表面生产，微球作为动物细胞培养的载体，能够在有限的空间实现细胞的高密度培养，而且控制简单，生产重复性好。

在酶催化领域：微球作为酶固定的载体可以保持酶的高度专一性和催化效率；提高酶的稳定性和寿命；减小酶对产品的污染；实现生产连续化和酶的循环使用。微球也可以用于催化剂的载体使得催化剂易于回收使用。

在化工领域：微球已广泛地添加到油漆、涂料、造纸、塑料以改善产品的抗刮性，提高产品的耐磨性，及光学性能。

总之纳米微球材料应用非常广泛，几乎渗透到所有的领域，纳米材料科学家不断地开发出新技术来赋予纳米微球新的光、电、磁、等各种功能，使它为人类创造无限可能，以满足现代产业关键材料和技术的需求。

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