中国科学院理化技术研究所王树涛研究员：异质结构微球——一种新兴的分离材料

近日，中国科学院理化技术研究所王树涛研究员团队的AMR述评文章“Heterostructured Microparticles: From Emulsion Interfacial Polymerization to Separation Applications”在线发表。文章总结了异质结构微球的可控合成与物化性质调控、表面功能化，以及近年来在分离应用上的研究进展，同时展望了在该领域的应用前景。

关键词：异质结构微球，乳液界面聚合，分离，生命健康，环境保护

1 文章内容概述

微球作为一类经典的分离材料，在环境治理、生物医药和临床诊断中扮演了至关重要的角色。乳液聚合是一种成熟的制备具有均一尺寸聚合物微球的方法。通过表面单分子层修饰可以提高微球的分离选择性，但是由于修饰缺陷的存在，非特异性吸附仍然难以避免，这使得复杂样品中痕量物质的分离仍然面临巨大的挑战。针对该挑战，我们组在异质结构微球的创制与分离应用上取得了重要突破，提出了异质分离材料的模型，发展了系列乳液界面聚合合成技术，制备了一系列新型异质结构微球，实现了复杂样品的高效、快速分离。在这篇Account文章中，我们阐述了“乳液界面聚合”的内涵，系统总结了在异质结构微球的物化参数调控上的进展，并综述了相关分离应用。

最后，我们还展望了异质结构微球的设计、合成和应用面临的一些挑战。我们坚信，异质结构微球将在分子尺度（10^–1–10¹ nm）、亚细胞尺度（10² nm）和细胞尺度（10³–10⁴ nm）的分离上满足更多的需求，解决更多的挑战。

图1 异质结构微球合成与分离应用前景展望

2 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

近年来，生命健康与环境保护领域对于分离的需求日渐增多，例如生物流体中生物标志物、病原体的分离检测，水中污染物的清除、回收等。从复杂的样品中分离出痕量的物质，对材料的分离效率、分离选择性、分离速率、回收率提出了更高的要求，必须从根本上进行材料创新。在此背景下，突破传统的乳液聚合与表面单分子层修饰的局限，发展新一代合成技术与分离材料，具有重要的意义。

3 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

尽管我们在异质结构微球的合成与分离应用上取得了一些进展，然而该领域还面临诸多挑战，需要更多研究者共同努力解决。第一，我们利用光学显微镜和扫描电子显微镜对聚合过程进行了一些观察，但分子水平的观察仍很困难，这使得对乳液界面聚合的热力学和动力学机理的深入理解仍待进一步加强。例如，乳液界面聚合过程中，单体的聚合速率、单体和聚合物之间的相互作用、交联剂分子的角色等因素对微球的物化性质有显著影响。因此，从分子水平上揭示乳液界面聚合的机理，有助于理性设计、可控合成具有不同性质与用途的异质结构微球。第二，异质结构微球家族成员有待进一步丰富。乳液界面聚合在调控异质结构微球的几何形状、孔径和表面结构方面实现了初步成功，我们期待在电荷、孔形状、杂化、表面拓扑、多功能化等更多参数的调控上实现突破。例如，通过使用分子或纳米材料作为模板提高微球的孔尺寸均一性，通过无机纳米颗粒掺杂提高微球的机械强度，通过调节单体的浓度调控微球形貌，通过选择性修饰实现微球的多功能化。

作者简介

中国科学院理化技术研究所

研究员 宋永杨

宋永杨，中国科学院理化技术研究所研究员。在武汉理工大学获得学士学位（2012）、硕士学位（2015），在中国科学院理化技术研究所获得博士学位（2019），在中国科学院大连化学物理研究所从事博士后研究（2019-2022）。主要从事异质分离材料的合成及应用研究。在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Matter、Acc. Mater. Res.、Adv. Funct. Mater.、Sci. Adv.等期刊发表SCI论文20余篇。

中国科学院理化技术研究所

研究员 王树涛

王树涛，中国科学院理化技术研究所研究员，中国化学会会士、英国皇家化学会会士，国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者岗位特聘教授。主要从事仿生多尺度粘附可控界面材料的研究，揭示自然界中特殊的界面粘附现象与机制，设计与制备仿生多尺度界面材料，探索其在医疗健康、环境、能源等领域的应用。发表SCI论文280余篇，包括Nature、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Nat. Protoc.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Angew. Chem.、JACS、PNAS、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、Nat. Rev. Mater.等，引用28000余次。

扫码阅读王树涛研究员团队的精彩Account文章：

Heterostructured Microparticles: From Emulsion Interfacial Polymerization to Separation Applications

Yongyang Song, Xizi Wan, and Shutao Wang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00123

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