• 高刚性: 侧基上庞大的苯环极大地限制了主链C-C单键的内旋转，使得PS链比聚乙烯等柔性链刚硬得多。
• 强疏水性: 整个高分子链由非极性的碳氢键构成，缺乏任何可以与水形成氢键的官能团。苯环的π电子云也表现出疏水性。这是其完全不溶于水的根本原因。
• π-π相互作用: 苯环之间可以发生π-π堆积。这种相互作用在链内和链间都存在，对PS的聚集态结构和物理性质有重要影响。

• 无定形态: 商业化生产的PS通常是无规立构的，即苯乙烯侧基在主链两侧无序排列。这种无序结构使其无法有效结晶，因此宏观上是一种典型的无定形（非晶）聚合物。
• 物理形态: 宏观上表现为无色透明（若未添加颜料）、坚硬且脆的固体。它具有良好的尺寸稳定性和电绝缘性。常见的形态包括通用级聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)和发泡聚苯乙烯(EPS)。
• 力学性能: 具有较高的拉伸强度和硬度，但韧性差，易发生脆性断裂。通过与橡胶（如聚丁二烯）共混或接枝共聚（制成HIPS）可以显著提高其抗冲击性能。
• 光学性能: GPPS具有很高的透光率（>90%）和较高的折射率，常被用作光学应用的廉价替代品。

纯PS由于其疏水性和脆性，在许多高附加值领域的应用受限。其真正的潜力在于作为功能砌块，与其他聚合物结合，形成性能互补的先进材料。

这是PS在生物医学和纳米技术领域最重要的应用形式。作为经典的疏水嵌段，它可以与多种亲水嵌段（如PEG, PAA）共聚，形成具有明确两亲性的嵌段共聚物。

• 溶液中的自组装: 在选择性溶剂（如水）中，这些两亲性共聚物会自发地组装成核-壳结构的纳米胶束 (micelles)。PS疏水链段会聚集形成胶束的内核，以最大限度地减少与水的接触；而亲水链段则伸展在水中，形成稳定胶束的亲水外壳 (Corona)。
• 功能性内核: 这个由PS构成的疏水内核是装载疏水性药物（如抗癌药紫杉醇）或造影剂的理想“疏水口袋”，极大地提高了这些难溶性分子的生物利用度。

将PS与其他聚合物进行物理混合，主要是为了改善其力学性能，而非亲水性。

• 增韧改性: 最著名的例子是高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)。通过将橡胶相（如聚丁二烯）以“海-岛”结构分散在PS基质中，可以有效吸收冲击能量，从而显著提高材料的抗冲击韧性。
• 调节性能: 与其他聚合物（如ABS树脂）共混，可以制造出兼具多种材料优点的合金材料，广泛应用于家电外壳、汽车零部件等领域。

与PEG作为“功能性护盾”的角色相反，PS在不同尺度下扮演着“保护者”和“被保护者”的双重角色。

在宏观尺度上，PS本身可以作为一种有效的保护涂层或外壳。由于其化学惰性和极低的水蒸气透过率，PS材料（如塑料外壳）能够为内部的电子元件、金属部件或食品提供一个物理屏障，保护它们免受湿气、氧化和一般化学品的侵蚀，延长其使用寿命。

在纳米医学领域，PS的角色发生了反转。由PS构成的纳米颗粒内核因其疏水性，在生物环境中会迅速被蛋白质吸附并被免疫系统清除。因此，它必须被一个亲水的保护层（如PEG）所包裹。在这个体系中，PS是被保护的功能核心，它稳定地装载药物；而PEG等外壳则扮演着“隐身”和“抗团聚”的保护角色，使整个纳米载体能够在体内稳定循环。

PS内核的另一个保护作用是针对其内部装载的药物。其刚性的玻璃态结构（在体温下）可以有效防止药物过早地从载体中泄漏出来，并保护对水解或酶解敏感的药物分子在到达靶点前不被降解，从而提高了药物的稳定性。

聚苯乙烯是现代体外诊断（IVD）领域应用最广泛的材料之一，其价值主要体现在作为生物分子固定的“固相载体”。

• 酶联免疫吸附测定 (ELISA): 96孔微孔板通常由PS制成。其疏水表面能够通过物理吸附作用，高效、稳定地结合抗原或抗体，是ELISA技术的基础。
• 乳胶凝集试验: 经过功能化的PS微球（乳胶微球）是诊断试剂盒中的核心组分。当微球上包被的抗体（或抗原）与样本中的抗原（或抗体）结合时，会发生肉眼可见的凝集现象，用于快速检测。
• 横向流免疫层析: 在快速检测试纸条（如早孕试纸）中，彩色的PS微球常被用作信号标记物，偶联在抗体上，通过其在检测线（T线）的富集来显示阳性结果。

绝大多数一次性的实验室细胞培养皿、培养瓶和多孔板都是由PS制成的。纯PS表面疏水，不利于大多数贴壁细胞的生长。因此，这些耗材都经过了表面改性（如等离子体处理），引入了亲水的含氧基团，模拟了细胞外基质的环境，从而促进细胞的贴附、铺展和增殖。PS材料的高透明度也为显微镜观察提供了便利。

PS在生物医学治疗领域的核心应用是作为疏水性药物递送系统的“内核”材料。通过与PEG等亲水聚合物形成嵌段共聚物，其在水中自组装形成的纳米胶束可以：

• 增溶: 将水溶性极差的抗癌药物（如紫杉醇、多西他赛）包裹在PS疏水内核中，使其能够被制成静脉注射剂型，极大地提高了药物的生物利用度。
• 被动靶向 (EPR效应): 精确控制纳米粒的尺寸在10-200 nm范围内，可以利用肿瘤组织血管壁的高通透性和淋巴回流缺陷（即EPR效应），在肿瘤部位实现被动蓄积，从而提高局部药浓度，降低对正常组织的毒副作用。

PS内核的“装载”能力不仅限于药物。研究人员可以在PS内核中同时包裹治疗药物（如化疗药）和诊断探针（如量子点、磁性纳米颗粒、近红外染料）。这种“诊疗一体化”的纳米平台可以：

• 实时示踪: 通过荧光成像或磁共振成像(MRI)实时追踪纳米药物在体内的分布，判断其是否成功到达病灶。
• 疗效监测: 在给药的同时或之后，通过成像技术监测肿瘤大小的变化，评估治疗效果，为个性化医疗提供依据。

讨论PS的毒性时，必须严格区分聚合物、残留单体和添加剂。

• 聚苯乙烯高分子: 其本身化学性质非常稳定，被认为是生物惰性的、无毒的。它不与体内的生物分子反应，口服后会完整地通过消化道排出。因此，符合标准的PS餐具和食品包装是安全的。
• 残留单体: 苯乙烯单体是一种挥发性有机化合物，被国际癌症研究机构(IARC)列为2A类致癌物（可能对人类致癌）。因此，食品级和医用级PS产品中残留单体的含量受到极其严格的法律法规限制。
• 生产添加剂: 在PS的生产和加工过程中，可能会添加增塑剂、阻燃剂、稳定剂等。这些小分子添加剂可能随时间迁移出来，其中一些（如某些阻燃剂）已被证实具有生物毒性。

当PS以纳米颗粒（PS-NPs）的形式存在时，其生物安全性变得复杂。PS-NPs因其尺寸小、稳定性高、易于功能化，常被用作毒理学研究的“模型颗粒”。研究表明，未经修饰的PS-NPs进入体内后可能被细胞吞噬，并根据其尺寸、表面电荷和浓度的不同，可能引发氧化应激、炎症反应，甚至细胞凋亡。因此，用于生物医学的PS纳米颗粒必须通过表面修饰（如PEG化）来改善其生物相容性。

PS极难被自然降解，是造成“白色污染”的主要塑料之一。废弃的PS制品在环境中会破碎成微塑料和纳米塑料，对生态系统构成长期威胁。

这是工业上生产PS最主要、成本最低的方法，包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。反应通常由热或引发剂（如过氧化苯甲酰BPO, 偶氮二异丁腈AIBN）引发。该方法的优点是反应条件温和、适用范围广，但缺点是聚合过程不可控，链终止反应不可避免，导致产物的分子量分布很宽（PDI > 1.5），难以合成结构精确的聚合物。

为了合成在生物医学等高技术领域所需的结构明确的PS（如嵌段共聚物），必须采用可控聚合方法。这类方法通过引入可逆的休眠-活化平衡，极大地抑制了链终止反应。

• 原子转移自由基聚合 (ATRP)
• 可逆加成-断裂链转移聚合 (RAFT)
• 氮氧稳定自由基聚合 (NMP)

这些技术能够精确控制聚合物的分子量、分子量分布（PDI

阴离子聚合是另一种经典的活性聚合方法，尤其适用于合成PS。在严格无水无氧的条件下，由烷基锂等引发剂引发，可以得到分子量分布极窄（PDI

• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 表征PS分子量和分布最常规、最核心的技术。以四氢呋喃(THF)或甲苯为流动相，通过与已知分子量的PS标样对比，可以得到数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和多分散指数(PDI)。
• 质谱 (MALDI-TOF MS): 对于通过活性聚合得到的低分子量、窄分布的PS，质谱可以提供绝对分子量和精细的链长分布信息。

• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR是鉴定PS化学结构最直接的证据。在~6.3-7.5 ppm区域出现的宽峰是苯环质子的特征信号，而在~1.2-2.2 ppm区域的峰则对应于主链亚甲基和次甲基质子。通过信号峰的形状可以粗略判断其立构规整性。
• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): 用于快速鉴定官能团。PS的特征吸收峰包括~3026 cm⁻¹ (芳香环C-H伸缩), ~1601, 1493, 1452 cm⁻¹ (芳香环骨架振动), 以及~756, 698 cm⁻¹ (单取代苯环C-H面外弯曲)。

• 差示扫描量热法 (DSC): 这是表征PS热性能的关键技术。通过DSC曲线可以精确测定其玻璃化转变温度(Tg)，这是判断PS使用温度上限和加工条件的核心参数。对于结晶性PS，还可以测定其熔点(Tm)和结晶度。

聚苯乙烯在表面工程领域通常作为“基底材料 (Substrate)”被其他分子或技术所修饰，以克服其固有的疏水性和生物惰性，赋予其全新的表面功能。

这是PS表面工程最主要的角色。通过对PS材料表面进行处理，可以使其适用于高要求的生物医学应用。

• 亲水化改性: 对PS表面进行等离子体处理、电晕处理或强酸氧化，可以在其表面引入含氧的极性官能团（如-OH, -COOH）。这是生产细胞培养板和部分诊断耗材的标准流程，旨在提高表面亲水性，促进蛋白质吸附和细胞贴壁。
• 接枝亲水聚合物: 通过“Grafting-to”（接枝到）或“Grafting-from”（接枝生长）技术，将PEG等亲水性高分子链接枝到PS表面，可以构建一层“高分子刷”，赋予PS表面优异的抗蛋白质污染能力和生物相容性。

在某些情况下，功能化的PS链也可以被看作是一种“表面改性剂”。例如，将带有活性端基的PS嵌段共聚物（如PS-b-PAA）涂覆在另一种疏水材料表面，PS链段会通过疏水作用锚定在基底上，而亲水的PAA链段则伸向溶液，从而改变了原始材料的表面性质，为其提供了生物偶联的位点。