基于高重力反应器技术的四苯乙烯荧光纳米颗粒规模化制备及其在冷链监测中的应用

针对四苯乙烯(TPE)水分散性差及规模化制备难题，北京化工大学团队开发了高重力辅助旋转填充床(RPB)技术，成功制备出粒径119.1±0.9 nm、具有聚集诱导发光(AIE)效应的TPE@Lac纳米颗粒。该技术通过强化混合过程实现工业化放大，所得纳米颗粒在PVA基形状记忆复合材料中展现出温度响应荧光特性，为冷链运输监测提供了新型光学传感器解决方案。

　　

在食品医药冷链运输领域，温度波动导致的品质劣变是行业痛点。传统温度记录仪无法实现全流程可视化监测，而具有聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)特性的四苯乙烯(Tetraphenylethylene, TPE)分子虽具备优异光学性能，却因水溶性差制约其应用。如何通过绿色工艺实现TPE纳米颗粒的规模化制备，并赋予其环境响应功能，成为突破技术瓶颈的关键。

北京化工大学的研究团队创新性地将高重力反应器技术与天然聚合物虫胶(Shellac, Lac)相结合，开发出可规模化的TPE@Lac纳米颗粒制备工艺。通过旋转填充床(Rotating Packed Bed, RPB)反应器中强离心力场驱动的溶剂-反溶剂法，成功制备出水分散性好、平均粒径119.1±0.9 nm的荧光纳米颗粒。进一步将其与聚乙醇酸(Polyvinyl Alcohol, PVA)复合，制得具有温度响应荧光特性的形状记忆薄膜，为冷链运输监测提供了新型光学传感器解决方案。该成果发表于《Polymer》期刊。

关键技术方法
研究采用高重力辅助纳米封装技术，以四氢呋喃(THF)为溶剂、水为反溶剂，在RPB反应器中实现TPE与虫胶的共沉淀。通过调控TPE/Lac质量比(1:10至1:50)、溶剂/反溶剂体积比(1:10至1:30)及转子转速(800-2000 rpm)等参数优化工艺。采用动态光散射(DLS)表征粒径分布，荧光光谱仪测试AIE特性，并将纳米颗粒掺入PVA基质制备复合薄膜，测试其形状记忆效应与温度响应荧光行为。

研究结果

材料制备与表征
RPB反应器通过离心力场产生10²
-10³
m/s²
的高重力因子，使液滴破碎至微米级，实现分子级混合。最优工艺下(质量比1:20、体积比1:20、转速1600 rpm)获得的TPE@Lac纳米颗粒多分散指数(PDI)仅0.16，在365 nm紫外光激发下发出强烈蓝光(发射峰470 nm)。

性能调控机制
增大壳核质量比可降低粒径但会减弱荧光强度；提高转速能减小粒径分布，但超过1600 rpm后因过度破碎导致稳定性下降。虫胶分子中聚羟基酯结构通过疏水作用包裹TPE形成核壳结构，其表面羧基赋予纳米颗粒优异的水分散性。

冷链监测应用
将TPE@Lac掺入PVA基质(添加量5 wt%)制得的薄膜在40-60°C温区呈现可逆荧光强度变化，且能通过水/热刺激恢复预设形状。在模拟冷链实验中，薄膜能通过荧光信号变化记录温度异常事件，响应时间<30秒。

结论与意义
该研究开创性地将高重力技术应用于AIE荧光纳米颗粒的规模化制备，解决了传统方法混合效率低、批次差异大的产业化难题。TPE@Lac/PVA复合薄膜兼具形状记忆与温度响应双功能，为冷链物流提供了一种低成本、可视化的智能监测方案。工艺中使用的虫胶作为天然高分子材料，符合绿色化学发展理念。该工作为功能性纳米材料的高效制备提供了新范式，拓展了AIE材料在智能包装领域的应用场景。研究获得国家自然科学基金(22278027)和北京市自然科学基金(2232013)支持。