液滴微流控有哪些交联方式

无基质3D细胞球体的制备、检测及应用

水凝胶微球的单分散性如何评价

水凝胶的剪切稀化、自愈合、温敏、光敏如何用流变学表征

水凝胶微球有哪些制备方式

水凝胶微球如何负载细胞

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水凝胶微针吸水能力表征

水凝胶微针溶血测试表征

水凝胶促成骨（体内）能力表征

水凝胶促成骨（体外）能力表征

水凝胶成软骨能力表征

水凝胶抗氧化性能表征

水凝胶抗菌性能表征

水凝胶粘附性能表征

液滴微流控有哪些交联方式

液滴微流控是一项利用微通道内不相溶流体界面间相互作用形成单分散液滴模板的通用技术平台。基于该技术生成的液滴具有单分散性好、无交叉污染、可重复性高等优点。由它制备的微凝胶更是在形貌、尺寸、均匀性等方面有很大的优势，并在生物、化学、物理等多个学科领域得到广泛的关注和应用。

那么问题来了，从液态到凝胶，初涉液滴微流控的我们可以考虑哪些交联策略？材料的选取或实验的操作上又有哪些值得注意的呢？为满足有关用户的研究需求，本期EFL整理了3种在微流控上对液滴模板进行原位聚合凝胶化的实验策略，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.离子交联

这类交联的机理是利用带电荷聚合物链和带相反电荷的二价或多价离子之间的相互作用（如：海藻酸钠和Ca²⁺离子）。由于这种相互作用发生迅速，当液滴形成和凝胶化同时进行时，容易导致微通道堵塞以及凝胶化不均匀。因此，目前常用的方式是以Ca-EDTA或CaCO₃的方式提供 Ca²⁺源，当液滴形成并稳定后，向连续相（一般为矿物油）中添加低浓度的乙酸降低液滴中的pH，使得Ca-EDTA或CaCO₃释放出Ca²⁺，进而引发交联。值得注意的是，尽管该方法能够对整个液滴模板提供均匀的凝胶化，但它会导致 pH 值降低到低于生理值，这可能对细胞活力有害。

原理示意图

研究案例：

操作简介：海藻酸钠和CaCO₃纳米颗粒交联剂被共同包封在一个液滴中，在玉米油连续相的下游添加乙酸并扩散到液滴中。pH值的降低导致Ca²⁺的释放，从而引发凝胶化反。

参考资料：

https://doi.org/10.1002/adma.200700433

2.光聚合

这种交联方式一般是提前将可聚合材料和光引发剂（如2959，LAP等）混合生成前体液滴，在液滴通道下游设置一定的曝光区域，得到的液滴在可见光或紫外光的照射下引发聚合。目前，常用于构建光交联的生物相容性水凝胶材料主要有透明质酸、明胶、壳聚糖和聚乙二醇等天然或合成大分子的甲基丙烯酰化衍生物（如GelMA、HAMA、PEGDA等）。这一交联的特点是速度快，操作简单，对细胞的损伤较小，在液滴微流控的应用中极为广泛。

原理示意图

研究案例：

操作简介：与酶混合的紫外聚合水凝胶溶液前驱体和不混溶油溶液分别作为样品流和鞘流进入两个入口通道。水凝胶前驱体液滴在微通道中形成后在365 nm 紫外光下聚合形成水凝胶微球。该技术允许生成单分散微凝胶，凝胶尺寸可以通过调节鞘流速简单地控制。

参考资料：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/la050105l

3.温敏交联

这是一类物理凝胶化方式，主要针对一些可由温度变化触发的溶胶-凝胶转变的聚合物。这类凝胶一般是通过分子间的氢键、疏水作用、范德华力以及 π-π 作用等较弱的相互作用而形成的，温度的改变会影响或破坏这些作用，从而使凝胶状态发生改变。通过在微流控上施加温度梯度，这类微凝胶可以在装置上连续合成。这种交联策略对应的水凝胶一般可分上临界溶解温度（UCST）转变（如明胶和琼脂糖是通过将聚合物溶液冷却到一定温度以下转变为凝胶态）和下临界溶解温度（LCST）转变（如胶原蛋白处于 4℃时是液体状态，而当温度上升到 37 ℃时则转变为凝胶态），不同类型的凝胶采用的控温方式有所区别。

原理示意图

研究案例：

操作简介：通过一个带有温度控制的微流体平台来保持明胶溶液的液态，使用具有流动聚焦的微流体装置来产生杆状微凝胶，明胶微液滴在流动聚焦连接处生成，然后在细出口管中拉长经冰袋控温物理交联。

参考资料：

https://doi.org/10.1002/adma.202008670

EFL小贴士

Tips

通过以上案例，想必大家对在液滴微流控上将液滴在线交联生成微凝胶的过程也有了更清晰的认知。在实际研究过程中，根据不同的应用场景（细胞封装、药物负载、材料合成），我们可以从操作便捷性、交联条件温和性等方面综合考虑来选取合适的交联策略！也欢迎大家在评论区分享自己平时在微流控上交联制备微凝胶的小窍门！

参考文献：

1. 张彩云，曾毅，许娜，张志凌．基于液滴微流控的细胞凝胶微球研究进展 [J/OL]．生物工程学报. https://doi.org/10.13345/j.cjb.220341

2. Ding Y, Howes P D, deMello A J. Recent advances in droplet microfluidics[J]. Analytical chemistry, 2019, 92(1): 132-149.

3. Chen M, Bolognesi G, Vladisavljević G T. Crosslinking strategies for the microfluidic production of microgels[J]. Molecules, 2021, 26(12): 3752.

4. Shang L, Cheng Y, Zhao Y. Emerging droplet microfluidics[J]. Chemical reviews, 2017, 117(12): 7964-8040.

5. Chen Z, Kheiri S, Young E W K, et al. Trends in Droplet Microfluidics: From Droplet Generation to Biomedical Applications[J]. Langmuir, 2022.