在过去的二十年中，具有可控形貌、便于修饰且生物相容性优良的硅基材料，一直是科研和工业生产的关注焦点。在众多硅基材料中，核壳结构的硅基微球因其在催化、能源、药物递送、吸附与分离等多个领域的重要作用而备受关注。这种结构的微球具有优异的屏障功能，其核心和外壳的不同组成能够产生协同效应。然而，传统的核壳硅基微球制备方法（如刻蚀法）存在高压下孔隙易坍塌的问题，限制了其应用范围。
近期，西北大学欧俊杰教授、边阳阳教授与中国科学院大连化学物理研究所马淑娟等人合作，开发了一种基于双相体系的简便方法，成功制备出具有短程有序径向通道的单分散乙烯基杂化核壳型硅基微球。该微球在亲水相互作用色谱（HILIC）中表现出优异的糖肽富集性能，能够在2分钟内高效富集大量N-糖肽，为生物分子分离领域提供了新的高性能材料。相关研究以“Facile Fabrication of Monodisperse Vinyl Hybrid Core–Shell Silica Microsphere with Short Range Radial Channel in bi-phase System”为题目，发表在期刊《Small》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种双相组装法，成功制备了单分散乙烯基杂化核壳二氧化硅微球（SiO2@SiO2-vinyl）。
2、通过油（甲苯）-水双相体系中十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的模板作用，在非孔二氧化硅微球表面精准构建了短程有序径向孔道壳层，并采用“一锅法”共缩合引入大量乙烯基。
3、该微球经谷胱甘肽（GSH）修饰后（SiO2@SiO2--GSH）作为亲水色谱固定相，其短程有序孔道显著提升了传质效率，可在2分钟内从大鼠肝脏蛋白酶解液中富集2186条N-糖肽（对应806种糖蛋白），与1小时富集结果的糖蛋白和糖肽重叠率分别达88.3%和79.1%。
4、相比传统方法，该材料在快速富集能力、选择性和重复性方面表现优异。
5、此双相组装法为设计高性能杂化二氧化硅材料提供了新策略，在生物分离领域具有广阔应用潜力。
这种硅基微球（SiO2@SiO2-GSH）在HILIC中提升糖肽富集效率的机制主要包括以下三方面：
1、短程有序径向孔道的传质优势
通过双相组装法构建的短程有序径向孔道（平均孔径8.3 nm）显著缩短了糖肽的扩散路径，同时壳层厚度（约151 nm）与孔道长度的平衡优化了传质动力学，使糖肽的吸附-脱附过程可在2分钟内完成，避免了传统长程无序孔道中因深度渗透导致的效率损失。
2、表面亲水性功能化增强选择性
乙烯基杂化壳层通过点击反应接枝两性离子谷胱甘肽（GSH），其强亲水基团（如羧酸、氨基）可与糖肽的糖链形成多重氢键和静电相互作用，优先吸附糖肽并排斥疏水性非糖肽，提升选择性（从1:600干扰肽中高效富集糖肽）。
3、结构稳定性与高比表面积的协同效应
核壳结构（非孔核+多孔壳）兼具机械强度与高比表面积（73.4 m2/g），避免高压或长时间使用中的孔道塌陷，同时提供充足吸附位点（吸附容量达16 mg/g），保障了重复性（糖蛋白重叠率88.3%）和灵敏度（可检测0.67 pmol糖肽）。
综上，其高效性源于“孔道结构优化-表面化学修饰-机械稳定性”的多维度协同设计。
这种微球制备方法的简便性体现在哪些方面？
1、双相体系的简单构建
材料易得：制备过程中使用的材料（如Tetraethylorthosilicate (TEOS)、vinyltriethoxysilane (VTES)、CTAB、尿素、水和有机溶剂等）均为常见化学试剂，容易获取且成本较低。
操作简便：双相体系由等体积的水相和油相（如甲苯）组成，只需将硅源（TEOS和VTES）加入油相，将非孔硅微球、CTAB、尿素等加入水相，然后混合反应即可。这种双相体系的构建过程简单，无需复杂的设备或条件。
2、“一锅法”共缩聚工艺
一步合成：乙烯基杂化壳层的形成通过“一锅法”共缩聚反应实现，即在同一个反应体系中，TEOS和VTES直接参与反应，无需分步进行或额外的后处理。这种方法大大简化了制备流程，减少了操作步骤和时间。
无需额外模板：与传统的模板法（如使用CTAB模板）相比，这种方法不需要额外的模板去除步骤，减少了制备过程中的复杂性和潜在的缺陷引入。
3、快速反应与高效合成
反应时间短：从实验结果来看，反应时间相对较短（16小时即可形成稳定的核壳结构），且壳层厚度和孔道结构可以通过调整反应时间进行精确控制。这种快速反应特性使得大规模制备成为可能。
高效合成：该方法能够高效地在非孔硅微球表面构建出具有短程有序孔道的杂化壳层，且孔道结构均匀，无需复杂的后处理或优化步骤。
4、表面修饰的便捷性
功能化简单：乙烯基杂化壳层的表面修饰（如谷胱甘肽的接枝）通过光引发的巯基-烯点击反应实现，操作简单且条件温和（常温下进行）。这种表面修饰方法不仅能够高效地引入功能化基团，还能保持微球的结构完整性。
多功能拓展：乙烯基的存在为后续的功能化提供了丰富的活性位点，可以根据需要引入不同的功能基团（如荧光基团、亲水基团等），进一步拓展微球的应用范围。
5、无需复杂设备或条件
常温常压反应：整个制备过程在常温常压下进行，无需特殊的高压、高温或真空设备，降低了实验成本和操作难度。
无需复杂纯化：制备完成后，微球可以通过简单的离心和洗涤步骤进行纯化，无需复杂的分离或提纯工艺。
综上所述，这种制备方法的简便性主要体现在双相体系的简单构建、“一锅法”共缩合工艺、快速反应与高效合成、表面修饰的便捷性以及无需复杂设备或条件等方面。这些特点使得该方法不仅适合实验室研究，也具有较好的工业化应用潜力。
图1.（a,d）非多孔SiO2和（b,c,e,f）SiO2@SiO2-vinyl微球的a,b,d,e）SEM和c,f）TEM图像。SiO2@SiO2-CQDs的CLSM（g）明场、（h）荧光和（i）叠加图像。
图2.不同体系制备二氧化硅球的SEM与TEM图像：（a-c）纯水体系；（d-f）甲苯-水双相体系（未添加非多孔二氧化硅核）；（g-i）乙醇-水体系。
图3.反应时间对SiO2@SiO2-vinyl微球壳厚度的影响。
图4.（a）GSH和SiO2@SiO2-GSH的FT-IR光谱，（b）SiO2、SiO2@SiO2-vinyl和SiO2@SiO2-GSH的XPS光谱，（c）SiO2@SiO2-GSH的N2吸附-解吸等温线和孔径分布，以及（d）TGA分析结果。
图5.10μg IgG酶解液中糖肽富集效果：（a）非多孔SiO2-GSH；（b）SiO2@SiO2-GSH；（c）全多孔SiO2-GSH；（d）无定形SiO2-GSH。N-糖肽峰用符号“●”标记。
图6.不同加载和洗脱时间下鉴定的（a）糖蛋白和（b）糖肽对比。绿线：加载1分钟，洗脱1分钟；蓝线：加载30分钟，洗脱30分钟。材料，15mg SiO2@SiO2-GSH；大鼠肝脏酶解液，300μg。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202409640
