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水凝胶微球有哪些制备方式


提及生物医学研究，经常关注EFL的小伙伴儿想必会注意到有一类明星般的材料模型——“水凝胶微球”，小到细胞培养、药物载体、生物墨水，大到组织工程和再生医学，它的身影几乎无处不在。除了具有宏观大块状水凝胶一样的三维网络结构，独特微米级尺寸（通常在1～1000μm之间）还赋予了它模块化的功能属性，这也使其在实际的应用中更加灵活易拓展。


在前期推文中，EFL以主题解读的形式向大家盘点了有关水凝胶微球的系列新兴研究进展，在此期间我们收到了大家的良好反馈，也有老师同学说在刚刚入手微球研究时发现现有的微球制备方法琳琅满目，乳化挥发法、相分离法、喷雾干燥法、热熔挤出法……这些让人眼花缭乱。为了解决大家困惑，EFL特意整理了三种常见的微球制备策略并附上学习案例供大家参考，同时欢迎大家联系EFL获取更多资源或交流合作。


1

搅拌法
顾名思义，将水凝胶预聚物溶液放到加有适量油的容器中搅拌即可，通过这种简单粗暴的机械混合，水凝胶预聚物会被分散成不同程度大小的液滴，随后将液滴交联洗涤、离心除去油相即可。液滴的大小和分散性受混合的程度和时间影响，这里要注意的是不要忘了加表面活性剂以稳定油水界面。

优点：设备依赖程度低、操作简单、易大规模生产
缺点：微球粒径不均一、可控性差

参考资料：
https://doi.org/10.1002/smll.202006596
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2

电喷雾法
将预聚物溶液通过喷嘴喷射到固体接收装置(金属收集板)或导电液体接收装置中。预聚物溶液通入喷嘴后，喷嘴连接正极，收集装置连接负极。喷嘴出口处预聚物液滴受到表面张力和电场力的作用形成泰勒锥，强电场迫使锥面爆裂，从而液滴形成更小的粒子，其尺寸可达纳米级。电喷雾技术的设备装置是由高压电源、注射泵、导电材料制成的喷嘴以及接收溶液或接地金属板收集器组成，可根据制备微粒结构的不同选择不同制备方法。

优点：尺寸生成范围大、易于控制、可避免有机溶剂
缺点：依赖高压电源、影响因素多、不易收集

参考资料：
https://doi.org/10.1002/smll.201804216
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3

液滴微流控法
该方法可以简单理解为互不混溶的两种液体分别以一定的流速从微通道的不同端口进入并相遇，通过调整两相的流速比激发两种液体层流的界面不稳定性，在表面张力和黏性力的共同作用下促使均一分散的液滴形成，进而通过乳滴固化或聚合得到微球。

优点：可控性强、得到的微球单分散性好
缺点：通量低、需要注射泵

这种方法的核心主要在于构建微尺度的流体通道，现有研究中通常采用的有三种方式：

①通过软光刻法制备PDMS芯片，该方法灵活性强，不过前提在于芯片模板的制备，适用于有紫外曝光机或者高精度3D打印设备的实验室

参考资料：
https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.04.100

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②玻璃套管法，将不同直径的玻璃毛细管放在玻璃板上利用AB环氧胶同轴固定即可使用

参考资料：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719306928

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③利用实验室现有的或者生活中常见的带有微通道的器材（如橡胶软管，注射器针头等）自己开脑洞DIY，好的成果也不一定要有高端设备，大道至简的方法往往还能收获出其不意的效果

参考资料：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ac57a5

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EFL Tips：

通过上面这些案例，想必大家可以体会到，水凝胶微球制备的方法虽多，但核心其实就是在于如何快速均匀的将预聚物分隔成理想体积小液滴的过程，找到这个点，做到极致你就成功了。


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