南京林业大学黄超伯教授课题组Advanced Science: 八面异向微球

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多面异向微球在医学工程和材料科学领域中受到广泛关注，由于单个微球可以在不同空间中携带多种材料，因此在多药物释放、细胞共培养、微驱动、多靶点检测等领域有很多重要的应用。目前制备多面微球材料的方法主要包括微流体法、电沉积法、电喷法和模板法等，但由于各自的局限性，比如微流体的方法需要使用油、引发剂和表面活性剂等，这些方法在生物领域的应用受到一定限制。

近日，南京林业大学黄超伯教授课题组在制备多面异向微球的研究中取得重要进展，课题组成员唐国胜将微流控技术和微加工手段与气体相结合，构建了一种气体剪切一步无油法制备多面异向微球。以海藻酸钠为例，该方法借助气体剪切力克服表面张力形成微液滴，并通过海藻酸钠液滴与钙离子的快速交联形成微球，微球尺寸可以控制在数十到数百微米之间，具有很好的单分散性且产量极高（图1）。

同轴微针头系统制备多面异向微球示意图。

图1 气体剪切方法制备均质微球

通过改变同轴微针头系统的结构组成以及排列方式，该方法可以轻松地制备2-8面异向微球（图2）。目前已有技术仅限于六面异向微球的制备，而本研究建立的利用气体辅助制备多面异向微球的方法，可以成功地制备八面异向微球，不同的腔室之间界限清晰且微球具有良好的形态。

图2 多面异向微球的制备。

黄超伯教授说，在该研究中，除海藻酸钠，我们还对水溶性聚合物（如壳聚糖）以及有机溶解聚合物（如醋酸纤维素、乙基纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、聚己内酯、聚丙烯腈和聚氨酯）分别进行了成球实验评价，结果显示这些聚合物微球均可以成功制备（图3），这证明该方法具有普适性和通用性。

图3 水溶性聚合物和有机溶剂溶解聚合物微球的制备

此外，该方法制备微球具有高度的可控性，可精确的控制每个腔室的比例。可以用来封装、结合不同的控制策略（pH和温度传感、磁力控制等），进而开发出多种功能材料。该研究通过加载磁性Fe₃O₄纳米颗粒制备出的八面微球可以实现可控旋转，从而构建“磁性微机器人”（图4）。

图4 多面磁性微球的可控制备和“磁性微机器人”。

在本研究中，鉴于该方法的 “软”策略，多面异向微球表现出了超高的生物相容性，可实现多种细胞的有序组装和任意编队，在一个有限的微米大小的空间中精确地组装不同类型的细胞。这将为研究不同细胞之间复杂的相互作用提供一个有效的平台。该制备多面异向微球方法的建立代表着该领域的一个重大突破，有望在生物医药和材料科学领域实现重要的应用。

图5 多面异向微球作为细胞载体用于多种细胞共培养。

以上相关成果发表在Advanced Science（IF=12.4）上。论文的第一作者为南京林业大学化学工程学院博士生唐国胜，共同第一作者熊燃华博士，其它作者吕丹、Ronald X. Xu教授、Kevin Braeckmans教授，通讯作者为黄超伯教授和南京林业大学化学工程学院特聘教授、欧洲科学院院士、比利时根特大学Stefaan C. De Smedt教授，南京林业大学为第一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和南京林业大学优秀博士学位论文创新基金等项目的资助。课题组主页：http://bfm.njfu.edu.cn/ 

全文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.201802342

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