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  多面異向微球在醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注，由于單個(gè)微球可以在不同空間中攜帶多種材料，因此在多藥物釋放、細(xì)胞共培養(yǎng)、微驅(qū)動(dòng)、多靶點(diǎn)檢測(cè)等領(lǐng)域有很多重要的應(yīng)用。目前制備多面微球材料的方法主要包括微流體法、電沉積法、電噴法和模板法等，但由于各自的局限性，比如微流體的方法需要使用油、引發(fā)劑和表面活性劑等，這些方法在生物領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。

  近日，南京林業(yè)大學(xué)黃超伯教授課題組在制備多面異向微球的研究中取得重要進(jìn)展，課題組成員唐國(guó)勝將微流控技術(shù)和微加工手段與氣體相結(jié)合，構(gòu)建了一種氣體剪切一步無(wú)油法制備多面異向微球。以海藻酸鈉為例，該方法借助氣體剪切力克服表面張力形成微液滴，并通過(guò)海藻酸鈉液滴與鈣離子的快速交聯(lián)形成微球，微球尺寸可以控制在數(shù)十到數(shù)百微米之間，具有很好的單分散性且產(chǎn)量極高（圖1）。

同軸微針頭系統(tǒng)制備多面異向微球示意圖。

圖1 氣體剪切方法制備均質(zhì)微球

  通過(guò)改變同軸微針頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及排列方式，該方法可以輕松地制備2-8面異向微球（圖2）。目前已有技術(shù)僅限于六面異向微球的制備，而本研究建立的利用氣體輔助制備多面異向微球的方法，可以成功地制備八面異向微球，不同的腔室之間界限清晰且微球具有良好的形態(tài)。

圖2 多面異向微球的制備。

  黃超伯教授說(shuō)，在該研究中，除海藻酸鈉，我們還對(duì)水溶性聚合物（如殼聚糖）以及有機(jī)溶解聚合物（如醋酸纖維素、乙基纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、聚己內(nèi)酯、聚丙烯腈和聚氨酯）分別進(jìn)行了成球?qū)嶒?yàn)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示這些聚合物微球均可以成功制備（圖3），這證明該方法具有普適性和通用性。

圖3 水溶性聚合物和有機(jī)溶劑溶解聚合物微球的制備

  此外，該方法制備微球具有高度的可控性，可精確的控制每個(gè)腔室的比例�？梢杂脕�(lái)封裝、結(jié)合不同的控制策略（pH和溫度傳感、磁力控制等），進(jìn)而開(kāi)發(fā)出多種功能材料。該研究通過(guò)加載磁性Fe₃O₄納米顆粒制備出的八面微球可以實(shí)現(xiàn)可控旋轉(zhuǎn)，從而構(gòu)建“磁性微機(jī)器人”（圖4）。

圖4 多面磁性微球的可控制備和“磁性微機(jī)器人”。

  在本研究中，鑒于該方法的 “軟”策略，多面異向微球表現(xiàn)出了超高的生物相容性，可實(shí)現(xiàn)多種細(xì)胞的有序組裝和任意編隊(duì)，在一個(gè)有限的微米大小的空間中精確地組裝不同類型的細(xì)胞。這將為研究不同細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用提供一個(gè)有效的平臺(tái)。該制備多面異向微球方法的建立代表著該領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，有望在生物醫(yī)藥和材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要的應(yīng)用。

圖5 多面異向微球作為細(xì)胞載體用于多種細(xì)胞共培養(yǎng)。

  以上相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Science（IF=12.4）上。論文的第一作者為南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院博士生唐國(guó)勝，共同第一作者熊燃華博士，其它作者呂丹、Ronald X. Xu教授、Kevin Braeckmans教授，通訊作者為黃超伯教授和南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院特聘教授、歐洲科學(xué)院院士、比利時(shí)根特大學(xué)Stefaan C. De Smedt教授，南京林業(yè)大學(xué)為第一完成單位。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和南京林業(yè)大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。課題組主頁(yè)：http://bfm.njfu.edu.cn/

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.201802342