无论是生物制药大规模分离纯化还是药物分析、食品检测、环境监测、石油化工产品质量控制、生命科学研究等都离不开色谱技术。色谱填料是色谱系统的心脏，因此被誉为色谱“芯”。改革开发以来，中国色谱领域的基础研究取得突飞猛进的进步，发表文章数量位居世界第一，但中国无论是用于工业分离纯化还是实验室分析检测的色谱填料和色谱柱基本依赖进口，中国色谱产业长期处于缺“芯”状况。而且几乎所有重大色谱理论的创建，新的色谱分离分析模式的建立，新型色谱填料技术的发明，及关键产业化技术突破都与中国14亿人口无关。这对于拥有最多色谱领域专职研究人员，色谱文章多年位居世界第一的国家来说是比较尴尬的。
高效液相色谱(HPLC) 是20 世纪 70 年代发展起来的可以对多组分复杂样品进行高效、快速的分离分析技术。伴随着色谱理论体系不断完善，色谱柱种类日益丰富，新型色谱填料不断开发成功，新的分离模式和分离方法的建立，色谱仪器性能不断改进和更新，液相色谱分析技术已成为药物分析、食品检测、环境监测、石油化工、生命科学等不可或缺的工具。色谱柱是液相色谱系统的心脏，色谱填料是色谱柱核心，因此色谱柱和色谱填料被誉为色谱“芯”。开发新型高性能色谱填料以满足越来越复杂样品高效、快速分离分析的需求一直是业界的追求目标。随着生命科学、环境科学、制药、及合成化学的迅猛发展, 人们对HPLC 性能不断提出更高、更新的要求。提高色谱填料的柱效、选择性、峰容量和使用稳定性, 增大填料的pH 使用范围、延长填料使用寿命, 具有多种分离模式以及对环境友好已经成为色谱填料的发展方向。
色谱分离效果很大程度上取决于色谱填料性能，色谱技术重大进步往往是随着新的分离材料的出现而推进的。为了满足日益增长的快速、高效色谱分离和分析性能的要求，尤其是随着色谱分离分析应用领域越来越广，分离效率要求越来越高，样品组分越来越复杂，对色谱柱选择性及分辨率提出越来越高的要求。新型色谱填料及色谱分离模式被不断开发出来以满足各种应用需求：从有机化合物分离分析中最常用的反相色谱，到无机离子分析检测专用的离子色谱，再到手性药物拆分的手性色谱，到多糖分离分析专用色谱，再到蛋白抗体分析检测用各种生物色谱技术被不断开发出来。色谱柱种类越来越多，适用范围越来越广，对色谱柱性能的要求也越来越高。色谱柱填料的性能主要取决于其基质组成、形貌、粒径大小、粒径分布、孔径大小、孔径分布、比表面积、表面功能基团等因素。色谱填料性能往往是随着这些材料制备技术的进步而提升。
为了满足越来越复杂样品的高效、快速分离和分析的需求，硅胶色谱填料的制备技术在不断进步和创新。从最早形貌不规则的无定形硅胶发展到球型硅胶；从粒径分布宽的多分散球型硅胶发展到粒径高度均一的单分散球型硅胶；从全多孔球型硅胶发展到表面多孔核壳结构硅胶；从金属杂质含量高的A型硅胶发展到超纯的B型硅胶；从不耐碱的纯硅胶基质发展到耐碱的有机杂化硅胶；从相对单一的键合相到更加多样化的键合相硅胶色谱填料。每一次硅胶材料制备技术的进步都促进了硅胶色谱分离分析性能的进一步提升，并拓展其应用范围。
硅胶色谱填料研究及发展主要向着两个方向进行：第一个方向是通过控制硅胶基球的形貌、结构、尺寸、材料组成来提高色谱分离性能；第二个方向是通过表面修饰和改性来制备不同分离模式和不同选择性的色谱填料以满足其更广泛的分离分析的需求。
Van Deemter色谱理论方程式告诉我们色谱柱效和塔板高度由涡流扩散系数，分子扩散系数及传质阻力系数决定。而影响这些参数的主要是色谱填料形貌结构，粒径大小及分布，孔径大小。
van Deemter色谱方程式：H=A+B/u+Cu
形貌越规则，粒径分布越窄，则涡流扩散系数和分子扩散系数越小，塔板高度越小，柱效越高。因此色谱理论为研究和设计高性能色谱固定相指明发展方向。
依据van Deemeter 方程，随着颗粒度的不断降低，涡流扩散减小，分子传质阻力减小，相应的理论塔板高度( HETP) 也下降，得到的柱效也更高，由于压力与填料粒径平方成反比，因此随着粒径减小压力会急剧增加。从液相色谱出现至今，硅胶粒径从100 μm左右降低到3-10 μm，再减小到亚2μm，其柱效由每米数十塔板数提高到3.2x105塔板数每米。液相色谱也从工业用常压制备色谱发展到分析检测用高压HPLC再到目前超高压UPLC。工业分离纯化的粒径在10微米以上，而常规HPLC填料粒径在3-5微米，UPLC填料颗粒小于2μm。因此伴随着越来越精细的硅胶色谱填料的使用，HPLC分离分析性能也越来越好。亚2μm的硅胶填料的使用使得HPLC的分辨率，检测速度及柱效达到前所未有的水平，同时也引起了色谱分析仪器的变革。
B、从无定形硅胶到多分散球形硅胶再到单分散球型硅胶：
第一代硅胶色谱填料是无定形颗粒，由于无定形颗粒形貌不规则、粒径分布宽，导致涡流扩散大、柱效低、稳定性和重现性差，因此无定形硅胶色谱填料只能用于要求不高的工业分离。70年代开发出第二代多孔球型硅胶，大幅度改善了硅胶色谱填料的性能，使其柱效、稳定性和重复性得到大幅度提升，极大促进了HPLC的快速发展，也使得HPLC成为分析领域最广，最有效的检测和分离手段。
第二代球形硅胶色谱填料的粒径分布较宽，而粒径分布是影响色谱填料性能的重要参数之一。在高效液相色谱分离过程中，流动相流过的通路主要是粒状填料间的间隙，而填料形状、粒径大小及分布、都会影响填充柱床紧密程度的均一性，导致溶质分子在填充柱床中的流动路径和保留时间发生变化，从而影响分离效果。因此粒径分布均匀，形貌规整的球形填料填充柱床的紧密程度一致性好，流动相在柱床中的流速均匀，流动相经过柱床的路径长短一致，从而有效降低涡流扩散系数，使色谱峰宽变窄，理论塔板数升高。
另外粒径大小一致，可以保持分子在填料微球的扩散迁移路径基本保持一致，相应的保留时间也一致，减少分子扩散系数，从而获得更高的柱效。因此高度粒径均一的单分散色谱填料既可以降低涡流扩散系数又可以减少分子扩散系数，从而提高柱效。另外粒径越精确、分布越窄、其柱床越稳定、反压越低、批与批的重复性越好，越能满足高性能色谱分析检测的需求。第二代多孔球型色谱填料一般是由溶胶一凝胶法 (Sol-Gel) 或是喷雾干燥法制备。这两种方法制备的球形硅胶粒径分布都较宽不能直接用作色谱填料，而需要经过复杂筛分分级处理去除过大或过小的硅胶微球以满足色谱填料的需求，因此生产周期长、产率低、批与批的重复性差，且会产生大量的不合格的产品。而且填料的颗粒越细筛分工艺越困难、筛分设备也越贵。其实，即使经过筛分，其填料粒径分布也较宽。因此如何直接制备精确的粒径大小和高度的粒径均一性单分散多孔硅胶一直是该领域的技术难题和发展方向。
单分散是从英文Monodisperse 翻译过来的，在英文里Monodisperse means particles have same size, shape or mass. 因此所谓单分散是指导颗粒具有相同的尺寸，形态和质量。单分散色谱填料是通常指微球的粒径或直径大小呈均一分布。单分散硅胶色谱填料一直是该领域科学家努力的目标，但单分散硅胶色谱填料产业化技术难度大，一直没有突破。苏州纳微科技有限公司作为一家国内企业，成为世界上第一家突破单分散多孔二氧化硅规模化生产技术难题，成为全球第一家可以大规模生产单分散硅胶色谱填料的公司。该技术经过十多年持续不断的跨领域的技术创新，可以精确控制硅胶色谱填料的粒径大小和粒径分布。合成后不需要筛分工艺，一次成型就可满足变异系数CV<3 cv="">10% （CV越小，粒径分布越窄）。纳微单分散多孔球型硅胶制备技术使世界硅胶色谱填料制备技术的发展跨上一个新的台阶，代表了第三代硅胶色谱填料制备技术。
纳微单分散硅胶填料与国际三大著名硅胶色谱填料品牌SEM对比图
纳微UniSil®硅胶填料与国际三大著名硅胶色谱填料品牌粒径分布对比图
虽然亚2微米小粒径硅胶色谱填料使用使得HPLC的分辨率、检测速度及柱效达到前所未有的水平，但仪器设备压力也达到极限。因为压力与粒径平方成反比，目前仪器设备已经很难能满足通过进一步减小粒径来提高柱效的目的。为了实现在常规的HPLC 色谱仪器上实现UPLC的分离速度和效果，著名教授Kirkland开发出核壳结构（Core-shell）硅胶色谱填料。核壳结构硅胶色谱填料是在实心硅球表面包覆多孔层。表面多孔核壳结构微球进一步降低分子轴向扩散效应，缩短了传质路径，与全多孔填料相比其传质速率更快，具有更高的柱效及更低的背压，在普通的液相色谱仪器上得到 UPLC 的分离速度和效果。核壳结构硅胶色谱填料已越来越多在HPLC上使用。
早期硅胶以硅酸盐为硅源制得，金属杂质含量较高，属于A型硅胶。金属杂质导致其硅羟基酸性较强，使得极性或碱性化合物色谱峰拖尾及回收率很差。用有机硅烷试剂（TEOS，四乙氧基硅烷）为原料可以有效控制金属离子含量，制备超纯B型硅胶，即降低了硅醇基的活性，也消除了化合物在色谱柱上与金属离子产生螯合，避免碱性化合物拖尾。目前用于HPLC硅胶色谱填料基本上都是超纯的B型硅胶。
硅胶具有机械强度高、不溶胀和不可压缩性、粒径和孔径可控，且表面富含硅羟基可以键合不同功能基团等优点，使得硅胶成为几乎完美的色谱填料。但硅胶在pH<2 ph="">8时硅胶会溶解的缺陷限制了其使用范围并缩短其使用寿命。因此，如何提高硅胶耐酸碱性能一直是色谱填料工作者努力的方向。美国Waters 公司率先以TEOS和有机硅氧烷为混合硅源，在骨架中引入化学稳定性强的有机桥联基团，制得杂化硅胶色谱填料。杂化硅胶色谱填料的出现，大大提高了硅胶色谱填料的耐酸碱性，同时使用寿命明显提高，也降低表面硅羟基效应。
另外延长硅胶使用寿命，提高其pH使用范围也可以通过硅胶表面包覆聚合物方法来解决。聚合物材料借助键合、聚合和交联等方法以共价或吸附的形式与硅胶表面羟基相结合, 而实现对硅胶改性的方法。硅胶基质聚合物包覆和聚合物涂敷型填料不仅扩大了使用的pH范围, 同时表面的聚合物有效地覆盖了硅胶表面的硅羟基, 既避免了强极性和碱性物质的非特异吸附, 也改善了填料的分离效能, 最大限度地降低了残存的硅羟基的效应, 即使是在中性条件下分析碱性物质, 仍能保持峰型完美，使其即有硅胶填料高机械强度的特性，又有聚合物填料耐酸碱性优点。无论是引入有机杂化基团或通过聚合物包覆改造硅胶基质，都可以提高硅胶的pH 耐受性，并屏蔽或减少表面硅羟基以降低碱性化合物的拖尾。
为了满足速度更快、分辨率更高、分离选择性更好液相色谱分离和分析技术的需求，以硅胶为基质的色谱填料的将向单分散，核-壳型、杂化硅胶、窄分布孔结构及超大孔结构硅胶等新型材料方向发展。
硅胶基球是硅胶色谱填料发展的基础，硅胶性能的改善是源于对硅胶颗粒形貌结构、粒径大小、粒径分布、孔道结构、比表面积等的控制能力提高。硅胶表面改性和功能化是色谱分离模式赖以建立的基础，其功能基团性质、种类、及密度会影响其分离的选择性。随着HPLC 应用领域越来越广，硅胶表面功能化种类也越来越多，且硅胶基球表面富含具有反应活性的硅羟基，因此可以通过硅烷化试剂与表面硅羟基反应引入不同的功能基团，以制备不同分离模式的色谱填料。
反相色谱是最常用的色谱分离模式，占到了全部分析色谱的70%左右。通常只需优化流动相组成就可实现对大多数有机化合物和多肽的分离分析。反相硅胶色谱填料的制备方法比较简单，主要是通过硅胶表面羟基与带不同烷基链或苯基硅烷试剂键合。其中C4、C8和C18 硅胶键合相是使用最广泛的反相色谱填料。反相色谱填料的研究是朝着柱效高、重现性好、分析速度快、制备方法简单、硅羟基掩蔽完全、选择性好、pH使用范围宽、寿命长等目标进行。反相硅胶色谱填料发展主要是两方面：一方面是制备越来越丰富的键合相以满足HPLC 越来越广的分离选择性的要求；另外一方面是解决反相色谱填料表面残留硅羟基带来拖尾、pH适用范围受限、及使用寿命短等问题。反相色谱填料制备的过程中, 由于位阻原因,硅胶表面的硅羟基不可能全部与硅烷试剂反应,残留的硅羟基在反相分离过程中会与极性分子形成非特异性吸附，导致极性化合物尤其是碱性化合物色谱峰变宽，甚至严重拖尾，柱效下降等。另外残留硅羟基还会影响硅胶色谱填料的耐酸碱性，并限制其pH使用范围,缩短填料使用寿命。因此开发有效封尾（封端）技术以减少或消除残留硅羟基从而改善反相色谱填料性能是色谱填料研究的重要方向之一。另外在封端过程中引进带正电荷的功能基团也可以屏蔽硅羟基对碱性化合物非特异吸附。
自1990年Alpert提出亲水作用色谱的概念以来，其应用逐渐增多。HILIC是基于极性化合物在色谱固定相表面水层和流动相之间进行的亲水分配作用达到保留的一种分离模式。在HILIC分离中，流动相中水的比例越小，则洗脱能力越弱; 反之，洗脱能力越强。化合物的极性越小，则保留越弱; 反之，则保留越强。HILIC尤其适合强极性化合物分离和分析。各种商品化亲水作用色谱材料的种类日益丰富，涵盖了氨基、氰基、二醇基、咪唑基、三氮唑基、酰胺型、糖型和两性离子型键合相，为亲水作用色谱的发展和应用奠定了良好的基础。HILIC 可以作为正相色谱的替代和反相色谱的有效补充。
硅胶色谱填料中特殊而又引人注目的是手性色谱填料。手性色谱可以用于分离光学对映异构体分子。手性分离是色谱分离领域最具有挑战的，因为色谱分离往往是依据不同分子物理和化学性质差异如分子大小、表面电荷、极性等的不同建立不同色谱分离模式。一般来说物理和化学性能越相似的组分，其色谱分离难度越大，而光学对映异构体分子其化学和物理性质基本相同，只是结构上不可重叠且呈镜像对称。描述光学对映异构体最简单而又生动的模型是人的左右手，因此手性分离最具有挑战性。
手性色谱填料是通过在硅胶上涂敷和键合带有手性识别位点的材料制备而成。具有手性空间结构的材料主要是纤维素和直链淀粉类。纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接成的线性聚合物, 淀粉是α -1,4-葡萄糖苷连接的螺旋结构。手性拆分性能受到很多因素的影响, 包括多糖的微晶结构、聚合度、分子量大小、衍生化基团、涂敷工艺、硅胶基球孔径大小，粒径分布等等。因此制备手性色谱填料难度极大，目前手性色谱填料产品主要是由日本Daicel垄断。
SEC色谱分离模式与其它所有分离模式最大的不同就是样品分子与固定相表面配基之间不存在相互作用。SEC 对样品组分分离只取决于填料的孔径大小与被分离组分分子尺寸之间的关系，与流动相的性质没有直接的关系。不同大小的溶质分子可以通过扩散迁移和渗透到不同大小的孔洞里。小分子，可以进入更多更深的孔道里，因此小分子驻保留时间长，洗脱体积大，而大分子会被小孔排阻在外，只能进入大孔孔洞中，因此其经过柱床的路径比较短，会先从柱子中洗脱出来，从而实现具有不同分子大小样品的分离。
SEC硅胶填料性能主要取决于孔容积、孔径大小和分布，粒径大小和粒径分布。表面键合相主要是带电中性亲水材料可以减少或消除样品分子与填料表面之间的次级相互作用力，确保SEC分离按体积排阻模式进行。由于SEC分离是体积排阻模式、其分离度、分辨率与孔容积、孔径大小及分布有密切关系。孔容积越大，往往分离度越好，因此SEC往往都是选择孔容积大的，常用反相硅胶色谱填料孔容积一般是1mg/g, 而用于SEC硅胶孔容积往往大于1.4mg/g 。但孔容积大，硅胶机械强度差、耐压性也差，这也是为什么SEC色谱柱寿命都比较短的原因。另外硅胶填料粒径越均匀，分子在填料微球孔道的扩散迁移路径越一致，相应的保留时间也一致，减少分子扩散系数，从而获得更高的柱效和分辨率。因此高度粒径均一的且具有大孔容积的单分散硅胶是SEC理想的基球。
除了反相、正相、HILIC、手性及SEC外，硅胶还用于离子交换、疏水及亲和色谱分离和分析。但由于离子交换、疏水及亲和色谱填料主要用于生物分离分析，因此具有化学稳定性好，耐酸碱性宽的聚苯乙烯色谱填料更具有优势。目前市场上离子交换、疏水及亲和色谱填料基本上都是基于高交联度的多孔或无孔聚苯乙烯色谱填料。
硅胶色谱柱填料作为HPLC的核心,一直是色谱研究中关键的部分. 提高色谱填料的柱效、选择性、峰容量和使用稳定性, 增大填料的pH 使用范围、延长填料使用寿命, 具有多种分离模式将成为色谱填料的发展方向。
用于色谱分离和分析的硅胶色谱填料性能要求高，需要控制其粒径大小、均匀性、形貌、孔径结构、比表面积、纯度及功能基团等众多参数，其中任何一个参数没有控制好，都会影响最终的色谱分离性能。另外色谱填料的生产还要保证批次的稳定性和重复性，即使性能再好的产品，如果无法保证批次稳定性，也就无法使用，无法商业化。因此色谱填料的制备，尤其是批量生产技术壁垒高，难度大，全球只有少数几家公司包括瑞典的Kromasil，日本Daiso，Fuji及AGC具备大规模生产高性能硅胶色谱填料基球的能力。分析型色谱柱及填料生产厂家比制备的多得多，主要有美国Waters、Agilent、 Phenomenex、Thermo、Supelco和日本YMC、Shodex，资深堂等多家公司。
改革开发以来，中国色谱基础研究取得突飞猛进的进步，发表文章数量于2011年就超过美国位居世界第一，但由于各种原因，中国色谱填料的产业化技术一直未能落地，因此无论是用于工业分离纯化还是实验室分析检测的高性能球形二氧化硅色谱填料基本依赖进口。
中国发表的文章数量已于2011年超越美国成为全球 No1
Xiaoying Geng,Fuling Li and Qi Wang. The Cream of Chromatograph[J]. The analytical Scientist,2015, 26:33-37
其实只要走进任何科研院所的实验室或工业企业，您不难发现中国用于药品质量分析、食品安全检测、环境监测、石油化工质量控制、生命科学研究、实验室分析检测等色谱柱90%以上都是依赖国外进口，剩下那10%国产化的色谱柱，里面装填的核心硅胶基球又几乎100%都依赖进口。
如果回顾过去硅胶色谱技术的发展历程，我们可以看到不只是硅胶基球，其它色谱技术如手性硅胶色谱技术、杂化硅胶色谱技术、核壳结构色谱技术、SEC色谱技术等都是欧美日公司发明的。手性硅胶产品是由日本Daicel公司首次产业化，因此其在手性异构体拆分领域独霸天下；杂化硅胶是美国Waters公司成功实施商业化，变革了硅胶不耐碱的固有特性，并在耐碱性杂化硅胶领域长期独领风骚；核壳结构色谱填料是由Jack Kirkland 发明并由他所建立的Adanced Materials Technology成功商业化，使得人们可以在常规HPLC色谱仪器上实现UPLC的柱效和分辨率；SEC产品主要由日本Tosoh 公司推出，奠定了水溶性生物分子的分离和分析方法，并由此成为该领域的领导者；HILIC 色谱分离模式和产品是由Andrew Alpert 教授建立并由他创建的Poly LC 成功推向市场，开创了极性化合物的分离和分析方法；离子色谱是由美国戴安（现归为Thermofisher）推出，开创了无机离子的色谱分析方法，并在离子分析检测这个领域一枝独秀。所有这些色谱分离模式的发明及其产业化技术突破都与中国14亿人口无关。这对于一个拥有最多人口，培养了最多的理工科学生，也拥有最多色谱领域专职研究人员，色谱研究论文数量也是多年位居第一的国家来说是比较尴尬的。众多中国色谱科学家、企业家和公司为了改变这一格局一直在努力。苏州纳微科技就是其中最为突出的代表。
纳微科技通过十多年跨领域创新，突破了单分散硅胶色谱填料精确准制备技术这一世界难题，颠覆现有球形硅胶的制备方法，成为全球首个实现大规模生产粒径高度均一的单分散硅胶色谱填料的公司。纳微单分散硅胶制备技术让硅胶微球粒径大小及粒径均一性得到前所未有的精准控制，使得单分散色谱填料填充柱子的柱效、重复性和稳定性得到明显提高，同时避免小颗粒或碎片堵塞筛板而造成柱压升高问题。纳微单分散硅胶色谱填料成功产业化不仅填补国内色谱“芯”的空白；变革了中国色谱填料长期依赖进口的局面；也为世界硅胶色谱填料精准制备技术的进步做出贡献。
纳微科技凭借其单分散硅胶基球精准制造技术的优势，开发了新型有机杂化技术，使得纳微杂化硅胶pH使用范围从pH 3-8 拓宽到pH 2-12。纳微开发出UniChiral系列手性色谱填料，其分离性能达到进口同类材料的水平，而且凭借其单分散的优势，其手性色谱填料具有更高柱效，更低的柱压，和更长的寿命；其次纳微科技与纳谱分析合作开发出全系列NanoChrom体积排阻（SEC）的填料和色谱柱，由于纳微SEC硅胶基球具有高度粒径均一性，其耐压性和寿命比进口同类产品具有明显的优势。同时，纳微还成功地开发了耐碱性好的胰岛素分离纯化专用C8色谱填料，使得纳微色谱填料在胰岛素的分离纯化上完全可以与同类产品相媲美。纳微科技不仅是世界首个开创了单分散硅胶色谱填料规模化制备技术，还开发了单分散聚合物色谱填料的规模化制备技术，极大拓展了世界单分散聚合物色谱填料粒径、孔径、及应用的选择范围，并通过表面改性及功能化实现离子交换、疏水及亲和色谱填料的产业化，可以满足从小分子到大分子分离纯化的各种需求。纳微已经成为世界上极少数可同时大规模生产单分散硅胶和单分散聚合物色谱填料的公司。
从第三代单分散硅胶色谱填料的精准制造技术的突破及产业化，到胰岛素精纯的反相硅胶色谱填料的成功产业化，再到手性色谱填料，再到体积排阻的填料产业化成功，这些看似不可能的奇迹被纳微科技一个接一个地创造，导致国外色谱公司及很多人都很好奇纳微科技是如何做到的。其实纳微并没有什么神奇力量，有的只是比别人多一些耐心，多一些坚持。每一项重大技术的突破都是纳微长期坚持的结果，很多技术都需要花上十多年的研发最后才获得成功。
可预期，随着单分散色谱填料精准制备技术的进一步完善、品种增多，并在单分散硅胶基质上实现各种功能化，就象球形硅胶替代无定型硅胶成为现代HPLC主流色谱填料不可避免一样；单分散色谱填料替代多分散色谱填料成为未来色谱填料的主流也是必然的发展趋势。这一次色谱新材料的变革和新材料产业化技术突破中国公司不再缺位，而且是在引领。
大孔硅胶色谱填料与日本产品对比图（左-纳微产品，右-日本产品）
