▎導讀

熒光微球是一種具有熒光性質的微小顆粒，按照尺寸大小可以分為納米級和微米級熒光微球。熒光微球由于靈敏度高，發光性好，穩定性強等特點被廣泛應用于生物體外醫療檢測、環境監測、分子探針、熒光標記等方面。但是，優異的熒光微球的制備方法依然有很多不足之處。因此，探索良好的制備工藝對提高熒光微球的應用具有重大意義。近日，浙江大學喬旭升課題組在《發光學報》發表了題為“溶脹法制備熒光微球研究進展”的綜述文章，第一作者是碩士研究生陳紅建。

文章綜述了利用溶脹法制備熒光微球的最新研究進展，詳細闡述了溶脹法制備熒光微球的基本原理和具體步驟。進一步地，文章綜述了在溶脹過程中影響微球性能的多種常見因素，如聚合物基質的選擇、熒光物質的種類與性質、以及溶脹劑的種類等。在此基礎上，文章總結了通過溶脹法調控和優化熒光微球的多種改進策略，并對溶脹法制備熒光微球的應用前景進行了展望。

▎引言

熒光微球具有相對穩定的形態結構和發光行為，具有可控粒徑和多種熒光信號的特點。與純熒光化合物相比，它們不容易受外部條件影響，因此成為免疫分析檢測的重要手段。然而，由于制備方法復雜且困難，熒光微球的應用受到了很大限制。因此，探索一種優異的制備方法對于推動其在免疫檢測方面的應用具有重要意義。常見的制備熒光微球的方法有很多種，比如鍵合法、自組裝法、聚合法和共聚法等。傳統的鍵合法雖然可以提高微球的穩定性，但易造成微球的粘連、單分散性較差以及包埋量下降等問題。共聚法雖然可以拓展微球的功能化，但需要找到合適的單體進行共聚，反應條件嚴格，且形貌難以調控。與上述幾種方法相比，溶脹法作為一種簡單、適用范圍廣、靈活且可控性強的制備方法，引起了廣大研究者的關注。在制備熒光微球的過程中，溶脹法不需要復雜的操作過程，通過調控溶脹基本參數和優化溶脹工藝，可以改進熒光微球的形貌、結構和發光強度等，進而得到具有理想性能的熒光微球。

▎溶脹法基本原理

溶脹是指高分子聚合物在溶劑中發生膨脹的現象。由于大多數的聚合物內部都含有一定的空隙，因此它們并非完全致密。聚合物微球的溶脹是一個動態平衡的過程，溶劑分子通過擴散進入聚合物的孔隙結構中。隨著溶劑分子的不斷擴散，聚合物的孔隙逐漸變大，體積也隨之發生膨脹?；谏鲜龅娜苊洐C理，我們可以設計出溶脹法的基本流程，如圖1所示。首先，需要將熒光物質溶解在溶脹劑中；然后，將完全溶解后的熒光物質加入已經制備好的微球懸浮液中，進行溶脹處理；接著，對熒光微球進行多次洗滌，以除去溶脹劑和其它有機溶劑；由于在溶脹過程中，熒光物質被引入到微球內部，而不僅僅是附著在微球表面，同時微球內部的高分子鏈被溶劑分子滲透，導致微球內部結構發生變化，形成一種更為松散的狀態，從而使得熒光物質被有效地包裹在微球內部，大大降低了從微球表面脫落的可能性。

圖1：溶脹法制備熒光微球過程

▎影響溶脹法基本參數的因素

（1）聚合物基質。微球的基質決定了其不同的結構類型，而特定的結構對溶脹行為有很大的影響。在溶脹過程中，內部結構疏松的微球可以容納更多的發光物質摻雜進去，因此有必要對微球基質進行合理的設計。

（2）熒光物質。熒光染料的特性會對溶脹過程產生影響。研究者們通過調控熒光物質的結構，可以有效地提高熒光物質在溶脹過程中的擴散效率。

（3）溶脹劑。在溶脹過程中，需要考慮溶脹劑的溶解性、相容性、揮發性和使用量等因素。同時，溶脹劑必須對發光物質有良好的溶解度。過量的溶脹劑會導致微球表面軟化，從而喪失表面功能，影響微球的穩定性和孔徑大小。

（4）溶脹時間。溶脹時間過長會導致高度活化的聚合物鏈在溶脹過程中自由移動，對微球的內部結構造成破壞。同時，長時間的溶脹還可能導致少部分溶劑蒸發，從而影響發光強度。

（5）溶脹溫度。溫度會影響微球的單分散性和形態，進而對微球的熒光性能產生影響。在溶脹過程中，溫度的控制對于保持微球的單分散性和防止微球變形至關重要。如果溶脹溫度過高，可能會導致微球過度膨脹，使微球表面軟化并彼此共混，從而引起微球的破裂或變形。相反，如果溶脹溫度過低，可能會導致微球無法充分膨脹，從而影響微球的形成和最終的熒光性能。

▎溶脹法優化策略

（1）溶脹-蒸發法。這是一種應用較為廣泛的優化策略。在去除溶脹劑的過程中，通過精確控制蒸發條件，可以促使聚合物網絡發生收縮。在溶脹過程中，隨著溶劑的蒸發，溶液中的熒光物質濃度會升高。基于濃度差原理，熒光物質更容易擴散并遷移到微球內部。

（2）溶脹-收縮法。這種方法對溶劑的選擇要求比較嚴格。在溶劑蒸發或被移除的過程中，利用溶劑相似相溶的原理，原本溶脹的高分子聚合物會發生收縮，從而達到預期的溶脹效果。與溶脹-蒸發法相比，采用溶脹-收縮法的聚合物微球會表現出更為明顯的收縮過程。

（3）優化微球結構。在溶脹過程中，可以通過加入交聯劑、表面活性劑等來改變微球的結構，從而提高溶脹效率。研究表明，交聯微球可以有效地防止熒光物質的聚集，進而優化微球的熒光性能。

圖2：溶脹法優化策略

▎結論與展望

溶脹法作為制備熒光微球的一種重要手段，其優勢在于操作簡單、可控性強、擴展性好。通過調整溶脹法的反應條件和聚合物基質的不同比例，可以獲得具有不同性能的微球。這些制備出的微球不僅具有較高的熒光強度和穩定性，還可以通過表面修飾實現功能化，廣泛應用于載藥、免疫分析等領域。

盡管研究者們在溶脹策略上已經取得了顯著的進步，但溶脹法仍存在諸多不足，未來可從以下幾個方面繼續深入研究：

(1)調整微球內部熒光物質的分布。通過優化溶脹操作或加入交聯劑等手段，使熒光物質在微球內部實現更均勻的分布。同時，需要對溶脹過程中的擴散機理進行更深入的研究，以進一步優化微球的結構。

(2)選取新型的溶脹劑。目前常用的溶脹劑大多為有機溶劑，這些溶劑可能對環境造成污染，并存在一定的安全隱患。因此，在保證溶脹效果的同時，開發一種環境友好型的溶脹劑是未來發展的必然趨勢。

(3)探索新的材料組合。溶脹法大多以有機聚合物為基質，而對于其他無機材料與有機材料結合制備熒光微球的應用尚不廣泛。未來可以探索更多元化的材料組合，以制備出性能更優異的熒光微球。

(4)設計新的溶脹策略。當前大部分溶脹策略主要側重于擴大濃度差以提高微球的發光強度。未來，可以從其他角度探索新的溶脹策略，進一步優化溶脹法工藝，制備出性能更加卓越的熒光微球。

▎論文信息

陳紅建,袁玉文,凌世生,陳東,喬旭升*,董余兵,樊先平。溶脹法制備熒光微球研究進展[J].發光學報,2024,45(07):1058-1067. DOI：10.37188/CJL.20240079.

https://cjl.lightpublishing.cn/zh/article/doi/10.37188/CJL.20240079/