《高分子微球和微囊》是先进化工材料关键技术丛书的一个分册。
《高分子微球和微囊》是多项国家和省部级成果的系统总结，系统阐述了高分子微球和微囊的制备方法、形貌控制以及新的制备方法和结果的新进展，并详述了在重要领域的应用和进展，包括生物化工、医药化工、生物检测、电子信息、储能材料、日化品、涂料等领域的应用，提出了制备和应用中的关键问题和解决思路。
《高分子微球和微囊》既包括中国科学院过程工程研究所近20年在高分子微球微囊制备和应用领域的研究工作，又包括国内外在本领域有突出贡献的同行的工作。本书适合材料、化工领域，尤其是高分子材料领域科研和工程技术人员阅读，也可供高等学校高分子、功能材料、化工、生物工程、应用化学、电子信息及相关专业师生参考。
高分子微球和微囊支撑着诸多行业的发展，引领和带动了新兴技术的应用成功，例如，高强度琼脂糖微球的发明使蛋白质药物的大规模色谱分离纯化成为可能，带动了生物医药产业的发展；高度粒径均一的微球开发成功，使其可用于液晶显示屏间隔材料，使大屏幕液晶显示器的开发和使用成为可能；均一微球的光子晶体催生了绿色印刷……。
微球和微囊属于高端化工产品，其特点是小尺寸和高比表面积，按功能可分为微反应器、微分离器、微储存器、微隔离器、微运输器以及微结构单元等。
高分子微球和微囊支撑着诸多行业的发展，引领和带动了新兴技术的应用成功，例如，高强度琼脂糖微球的发明使蛋白质药物的大规模色谱分离纯化成为可能，带动了生物医药产业的发展；聚乳酸类缓释微球制剂的研发成功使药物的使用由频繁注射转变为每个月甚至半年注射一次，彻底改变了患者的生活质量和医疗模式；高度粒径均一的微球开发成功，使其可用于液晶显示屏间隔材料，使大屏幕液晶显示器的开发和使用成为可能；均一微球的光子晶体催生了绿色印刷；在日化品中的应用实例更是举不胜举，彻底改变了人们的生活方式和质量。
随着科学技术的发展和人类对生活质量追求的提高，微球制备技术的发展和应用需求也日益更新，一方面新的制备技术推动应用的发展，另一方面新的高端应用需求推动新的制备技术诞生和发展。例如，为满足对均一微球以及绿色制备的需求，微孔膜乳化制备均一微球技术得到迅速发展，包括理论、方法、产品和规模化制造装备，已经在生物制药和医疗产品中得到广泛应用；批量制备均一纳米微球是限制众多纳米载体实验室成果走向产业化的瓶颈，由此产生了对规模化制备技术的迫切需求，推动了微流控制备纳米微球技术的迅速发展，现已推出系列设备；储能材料是近年来对能源利用提出的新需求，由此促进了储能微囊制备技术的发展。因此，高分子微球和微囊的制备和应用受到广泛重视，除了专门的高分子微球学会以外，不同应用领域的国际学会都设立相关分会场，展示了高分子微球和微囊的重要性及未来更广阔的应用前景。
微球和微囊属于高端化工产品，其特点是小尺寸和高比表面积，按功能可分为微反应器、微分离器、微储存器、微隔离器、微运输器以及微结构单元等。我们希望新的微球和微囊制备技术及所制造的高端产品将在更多领域应用，促进和带动应用领域的发展，同时也希望应用领域能对微球和微囊的制备提出新的需求，并由此推动微球和微囊科学技术和高端产品的发展以及新的制备方法和理论的诞生。因此，为了推动高分子微球和微囊制备技术和产品的发展以及更广泛和深入的应用，使广大科研人员和产业技术人员较全面地了解高分子微球和微囊的制备技术、制备原理、产品及其进展，特撰写《高分子微球和微囊》专著，并将其作为先进化工材料关键技术丛书分册之一，对于加强微球和微囊新产品的研发和产业化应用，促进我国高端产品的发展和经济结构改变具有重要的意义。
本书由中国科学院过程工程研究所马光辉研究员编写框架并统稿。内容既包括过程工程所团队近20年在高分子微球和微囊制备及应用领域的研究工作，又包括国内外在本领域有突出贡献的同行的工作。本书分为十一章，章是绪论，重点论述高分子微球和微囊的发展、功能及新技术的优势，由马光辉研究员撰写；第二章和第三章为微球的制备，分别重点介绍以单体为原料的制备方法以及以高分子为原料的制备方法，由马光辉研究员主要撰写，那向明副研究员协助微流控制备微球部分的撰写；第四章～第七章重点介绍微球和微囊在生物化工和生物医药行业的应用，由中国科学院过程工程所完成，突出了过程工程所团队的研究进展，分别由周炜清副研究员（第四章）、赵岚副研究员（第五章）、韦祎副研究员和岳华副研究员（第六章）以及吕岩霖博士（第七章）撰写；第八章是高分子微球和微囊在电子信息中的应用，由北京印刷学院孙志成教授撰写；第九章是高分子微球和微囊在储热材料中的应用，由中国科学院过程工程研究所李建强研究员和张英博士研究生、李晓禹副研究员撰写；第十章是高分子微球和微囊在日化品中的应用，由上海应用技术大学肖作兵教授、寇兴然副教授、陆欣宇博士、郑承臻博士和英国伯明翰大学张志兵教授撰写；第十一章是高分子微球和微囊在涂料中的应用，由浙江大学罗英武教授撰写。中国科学院过程工程研究所博士研究生胡宇宁协助了编辑工作。各位赐稿专家为本书的完稿付出了巨大的努力，在此，向他们致以真诚的感谢！
本书的部分内容是中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室在国家自然科学基金委员会、科学技术（科技部）部、中国科学院、北京市科委的支持下取得的。包括国家自然科学基金的重点项目均一、可控的微球及其制备过程的基础研究（20536050）和超大孔生物分离介质的新型制备过程及层析应用中的新特性研究（21336010）、重点国际合作研究项目蛋白质层析纯化中的失活机理及新型抗失活介质的制备（20820102036）、创新研究群体项目面向疫苗的生物颗粒设计和工业转化（21821005），国家重大新药创制科技重大专项课题新型纳微颗粒佐剂及黏膜免疫佐剂的研究(2014ZX09102045)和生物技术药新型载体及制剂研究关键技术（2009ZX09503-027），973计划课题免疫原的递送与递呈机制（2013CB531505）和生物催化剂的环境适应机制研究（2009CB724705），国家863计划课题基于琼脂糖的高性能分离介质的研究开发（2018YFC0311101），中国科学院的知识创新工程重要方向项目新型药用纳米材料与纳米药物的研究（KJCX2.YW.nano02）、重点部署项目海洋源功能生物材料及医药制剂开发（KFZD-SW-218）等，在此表示衷心的感谢。本书中部分成果获国家科学技术发明二等奖尺寸均一的乳液、微球和微囊的制备技术、北京市科学技术一等奖尺寸均一、可控的微球和微囊的制备与应用研究、中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖复杂超大分子的高效分离纯化和抗失活技术、中国化工学会科学技术奖基础研究成果一等奖生物医用颗粒的可控制造原理及应用基础、中国颗粒学会自然科学一等奖生物可降解颗粒新结构和新功能的创制及药物递送载体的应用基础等。生物医用颗粒的可控制造技术入选2020年科创中国先导技术榜单，成为先进材料领域10项先导技术之一。
在实际科研活动中，往往微球制备科学研究和应用研究所处学科不同，制备和应用有所脱节。因此，本书为了加强制备和应用的紧密联系，既介绍微球和微囊制备理论和技术以及新技术的发展，又介绍不同应用领域的应用进展。虽然著者在2005年出版过《高分子微球材料》一书，但新技术发展日新月异，本书将更加突出先进的制备方法和在重要领域的应用及新进展，生动的应用例会使读者耳目一新。
限于著者的学识和理解，本书还会存在诸多不妥和不足，恳请有关专家和读者不吝指正。
马光辉
2021年2月
马光辉研究员，女，博士生导师，生化工程国家重点实验室主任。国家杰出青年基金获得者（2001年），中国颗粒学会理事，中国化工学会生物化工专业委员会副主任委员，国际期刊Particuology、Eng Life Sci期刊领域主编，J Microencap、IEC Res等期刊编委。1984年公派去日本读大学本科，1988年获日本群马大学纤维高分子工学科学士学位，1990和1993年分别获东京工业大学高分子工学科硕士和博士学位，1994-2001年任东京农工大学助理教授，2001年起任中国科学院过程工程研究所研究员。研究方向为均一生物微球和微囊的制备及其在生化工程和医学工程中的应用，包括生化分离介质、药物和疫苗递送系统、细胞培养微载体、酶固定化载体等创新产品。发表SCI论文430余篇，发表的论文先后获得Elsevier出版集团颁发的Highest Cited Original Research 2006 Awards，Top 50 Highly Cited Articles by Chinese Mainland Authors (2006-2010)，Top Cited Paper for 2010 and 2011等奖励。中国发明专利授权80余件，美国、欧洲、日本等国外专利授权12件，专利技术和产品在国内外500多家单位得到应用。获国家技术发明二等奖（2009年），亚洲青年女科学家奖（2009年），亚洲生物技术协会（AFOB）杰出贡献奖（YABEC Award，2012年）等。
章 绪论 001
节 高分子微球和微囊简介 002
一、微球和微囊的分类 002
二、高分子微球和微囊的特性及表征 003
第二节 高分子微球和微囊制备技术简介 006
一、以单体为原料制备高分子微球和微囊的技术 006
二、以高分子为原料制备微球和微囊的技术 007
三、高分子微球的形貌控制 007
四、高分子-无机复合微球的制备技术 008
第三节 高分子微球和微囊的应用技术简介 008
第四节 总结和前沿展望 010
一、高分子微球和微囊的制备 011
二、高分子微球和微囊的应用 011
参考文献 014
第二章 以单体为原料制备高分子微球 015
节 乳液聚合法和悬浮聚合法的比较 017
第二节 无皂乳液聚合法和乳液聚合法的比较 019
第三节 分散聚合、沉淀聚合、无皂乳液聚合的比较 020
第四节 细乳液聚合法和悬浮聚合法的比较 023
第五节 微乳液聚合法和乳液聚合法的比较 025
第六节 种子聚合 027
一、活化溶胀技术 028
二、动态溶胀技术 029
第七节 新技术的发展微孔膜乳化法 030
一、常规膜乳化法 030
二、从O/W、W/O及 W/O/W 体系制备均一微球 034
三、快速膜乳化法 043
第八节 新技术微流控技术制备均一微球 046
一、液滴产生 046
二、微球的制备 047
第九节 高分子微球形貌的控制及复合微球的制备 049
一、分步聚合法/混合法制备复合微球 049
二、种子聚合法 054
第十节 高分子-无机复合微球的制备 058
一、以无机颗粒为核/种子的制备法 058
二、以高分子微球为核的方法 059
三、细乳液/悬浮聚合包埋法 062
四、利用Pickering乳液的制备法 065
五、两种颗粒的凝聚法 066
第十一节 微流控法的微球结构控制 067
一、单腔和多腔微囊 067
二、多孔微球 069
三、非球形颗粒 070
第十二节 总结和展望 071
参考文献 072
第三章 以高分子为原料制备高分子微球和微囊 077
节 乳化-固化法 078
一、乳化方法 079
二、固化方法 080
三、固化方法的选择 081
四、聚酯类微球和微囊 082
五、壳聚糖微球和微囊 088
六、琼脂糖微球 090
七、海藻酸盐微球和微囊 091
八、蛋白类微球 093
第二节 新型微孔膜乳化法制备尺寸均一的高分子微球和微囊 094
一、PLA/PLGA微球和微囊 094
二、壳聚糖微球 097
三、琼脂糖微球 098
四、海藻酸盐微球 100
五、葡甘聚糖微球 102
第三节 新型微流控法制备尺寸均一的高分子微球和微囊 103
一、微球的制备 103
二、结构控制 104
三、脂质体和高分子囊泡 106
第四节 单凝聚法（沉淀法） 107
一、壳聚糖微球 107
二、白蛋白微球 110
三、聚酯类微球 110
第五节 复凝聚法 110
一、壳聚糖微球和微囊 110
二、海藻酸盐微球和微囊 111
三、明胶微球和微囊 114
第六节 喷雾干燥法 115
一、聚乳酸微球和微囊 115
二、壳聚糖微球 115
三、琼脂糖微球 116
第七节 自乳化-固化法 116
一、聚乳酸纳米微球和微囊 117
二、壳聚糖纳米微球 118
三、蛋白或聚氨基酸纳米微球 118
第八节 高分子微球形貌的控制及复合微球的制备 119
一、高分子微球形貌的控制 119
二、有机-无机复合微球制备 123
第九节 总结和展望 124
参考文献 125
第四章 高分子微球和微囊在生物反应工程中的应用 131
节 高分子微球和微囊在动物细胞培养中的应用 132
一、细胞培养载体简介 132
二、细胞培养微载体的基本特性 136
三、微载体的表面修饰 138
四、细胞培养用大孔微载体 141
第二节 高分子微球和微囊在干细胞培养中的应用 149
第三节 高分子微球和微囊在固定化酶中的应用 153
一、固定化酶简介 154
二、多孔微球载体 154
三、纳米级固定化酶载体 157
四、微囊包埋酶 160
五、磁性载体负载酶 162
六、智能载体固定化酶 165
第四节 总结和展望 168
参考文献 169
第五章 高分子微球和微囊在生物分离工程中的应用 177
节 高分子微球分离介质概述 178
第二节 层析技术 180
一、凝胶过滤层析 180
二、离子交换层析 182
三、疏水层析 184
四、亲和层析 185
第三节 基于高性能分离介质的高通量层析技术 187
一、粒径均一分离介质 187
二、超大孔分离介质 191
三、接枝型分离介质 196
四、核-壳介质 199
五、高通量层析技术 200
第四节 高分子微球在生物大分子分离纯化领域的应用 201
一、治疗性蛋白 201
二、抗体 206
三、蛋白组学 208
四、DNA 209
五、酶 210
六、多糖 212
第五节 高分子微球在多肽、天然产物等分离纯化中的应用 213
一、多肽 213
二、天然产物 214
第六节 柱层析复性 215
一、凝胶过滤层析复性 216
二、疏水层析复性 216
三、离子交换层析复性 217
四、亲和层析复性 218
五、分子伴侣固定化复性 218
第七节 基于高分子微球材料的新型分离技术 219
一、磁性微球 219
二、分子印迹分离技术 222
三、手性分离技术 223
第八节 总结和展望 223
参考文献 224
第六章 高分子微球和微囊在药物制剂工程中的应用 231
节 高分子微球和微囊在缓/控释制剂中的应用 232
一、用于缓释微球制剂的药物类型 233
二、缓/控释微球的给药途径 236
三、制备微球的材料 237
四、缓释微球制剂的质量评价 238
第二节 高分子微球和微囊用于缓/控释制剂中的关键点和
调控策略 240
一、粒径均一性的重要性及调控策略 241
二、提高微球和微囊载药量的方法 242
三、改善微球和微囊释药速率的方法 245
四、改善微球和微囊药物稳定性的方法 246
第三节 高分子纳微球在疫苗制剂中的应用研究 249
一、高分子纳微球均一性的重要性 249
二、微球理化性质对疫苗免疫效果的影响 250
三、均一纳微球作为疫苗递送系统的应用 254
第四节 高分子纳微球载体在抗肿瘤药物递送中的应用研究 263
一、微球理化性质对抗肿瘤效果的影响 264
二、肿瘤组织靶向策略 266
三、细胞精准递送和新型仿生递送策略 272
第五节 总结和展望 273
参考文献 275
第七章 高分子微球和微囊在检测试剂中的应用 283
节 高分子微球和微囊在生物成像中的应用 285
一、生物成像系统 285
二、光学成像 286
三、磁共振成像 289
四、放射性同位素成像 291
五、超声成像 292
第二节 高分子微球和微囊在生物医学检测中的应用 294
一、聚集试验 294
二、流式细胞术 296
三、磁珠筛选 297
四、核酸分析 297
五、其他检测 299
第三节 高分子微球和微囊在检测中的其他应用 302
一、分子印迹 302
二、创伤检测 303
三、环境污染物检测 305
四、农药检测 305
五、智能传感 306
第四节 总结和展望 307
参考文献 308
第八章 高分子微球和微囊在电子信息中的应用 313
节 高分子微囊在显示器件中的应用 315
一、用于信息领域的微囊技术 315
二、微囊电泳显示技术 317
三、电子书显示器件的发展 318
四、电子纸显示技术和显示原理 319
第二节 微球和微囊在传感器中的应用 324
一、微球和微囊在生物传感器中的应用 324
二、微球和微囊在温度传感器中的应用 326
三、微球和微囊在压力传感器中的应用 328
四、微球和微囊在光电传感器中的应用 329
第三节 微囊在导电领域的应用研究进展 330
一、导电型微囊的简介 330
二、导电型微囊的分类 331
三、导电型微囊的制备 334
四、导电型微囊的应用 335
第四节 高分子微球和微囊在自修复领域的应用 338
一、自修复材料简介 338
二、自修复微囊 339
三、自修复微囊应用领域 343
第五节 微球和微囊在功能印刷领域的应用 346
一、在印刷信息记录材料中的应用 347
二、在立体印刷中的应用 348
三、在3D打印中的应用 349
四、在防伪印刷中的应用 353
第六节 总结和展望 354
参考文献 355
第九章 高分子微囊在储热材料中的应用 363
节 高分子储热微囊的制备技术 365
一、原位聚合法 365
二、界面聚合法 367
三、悬浮聚合法 369
四、细乳液聚合法 370
五、复凝聚法 371
六、喷雾干燥法 372
第二节 高分子储热微囊在绿色建筑领域的应用 373
一、混凝土和水泥砂浆 374
二、石膏板 376
三、夹芯板等 377
四、集成屋顶、墙板和地板等 379
第三节 高分子储热微囊在纺织品领域的应用 381
一、调温机理 381
二、高分子微囊载入方法 382
三、调温纺织品的应用 386
第四节 高分子储热微囊在功能流体中的应用 388
一、潜热型功能流体的研究 389
二、潜热型功能流体的应用 389
第五节 总结和展望 391
参考文献 392
第十章 高分子微球和微囊在日化品中的应用 397
节 用于日化品中的特殊微球和微囊制备技术 398
一、微球制备技术 398
二、微囊制备技术 403
第二节 微粒的力学性能表征技术 407
一、批量表征法 408
二、单个微粒表征法 409
第三节 微囊在日化产品中的应用 414
一、洗涤剂 414
二、牙膏 415
三、化妆品 416
四、纺织品 417
五、香料香精 419
六、食品、动物饲料及营养素 420
第四节 总结和展望 421
参考文献 423
第十一章 高分子微球和微囊在涂料中的应用 427
节 高分子胶乳/分散体的表征 429
第二节 功能高分子微球在水性涂料中的应用 430
第三节 各类涂料用的典型高分子微球 432
第四节 低VOC水性涂料用高分子微球 437
一、胶乳共混 437
二、结构型胶乳 438
第五节 中空高分子微球 439
第六节 高分子复合微球 441
一、高分子/TiO2复合微球 441
二、加尼斯（Janus）粒子 442
第七节 功能与智能涂料用高分子微球 442
第八节 RAFT乳液聚合及其在高分子功能微球中的应用 443
一、嵌段共聚物胶乳 444
二、梯度共聚物胶乳 446
三、嵌段共聚物胶乳智能颜料 447
四、可重分散高分子微球 450
第九节 活性界面聚合与纳米中空微球 451
第十节 总结和展望 453
参考文献 454
索 引 459
书单推荐
