导读：

传统DNA结晶方法中对宏观晶体形态和数量的控制不足，阻碍了对DNA晶体的详细研究。近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所张建涛研究员、周峰研究员等人开发了双同轴通道微流控装置，借助双乳液液滴实现DNA基序与结晶习性调节剂的精准比例封装，成功制备出长径比可调的高质量DNA单晶，且能引导晶体沿纵向或横向定向生长。相关研究以“Precise Morphological Control of DNA Crystals Through Concentration‐Modulated Microfluidic Droplets”为题目，发表于期刊《Small》。

本文要点：

1、该研究提出一种借助微流控双乳液液滴（DED）微反应器实现DNA晶体宏观形态精准调控的新方法。

2、传统DNA结晶方法在宏观形态和数量控制上存在不足，而该方法通过两个同轴通道调节溶液流速，可精确调控每个微反应器内结晶习性调节剂的浓度，进而实现DNA晶体的定向生长（纵向或横向），并制备出长径比在5.94至1.10之间可控的菱面体晶体。

3、实验中，研究人员先验证了微流控装置能在DED序列中实现浓度梯度封装，其体积分辨率和浓度分辨率均达到预期标准；随后以2T三角形DNA基序为研究对象，通过调控其与结晶习性调节剂ΔH的封装比例，成功实现了DNA晶体长径比的可调，并提高了单晶体液滴的比例。

4、此外，该方法还可应用于13-mer DNA晶体，通过不同的结晶习性调节剂（Δ3'和Δ5'）实现了晶体向圆柱状或上边缘加宽等不同形态的精准塑造。

5、该方法为DNA晶体的宏观结构调控提供了可靠平台，有助于深入研究结晶动力学，同时拓展了DNA晶体在微工程等领域的应用前景。

当前研究中，双乳液液滴（DED）的浓度调控依赖于精准调节两水相流速，其核心优势是无需制备多组浓度梯度溶液，可实时生成单分散性良好的晶体，但规模化生产时面临“精度-效率”的核心矛盾：流速调节的精细化要求限制了单通道的液滴生成速率，多通道并行时又可能因流体力学差异导致浓度均匀性下降。

技术优化方向可从三方面突破：

1、多通道并行与标准化：设计阵列式双同轴通道微流控芯片，通过微加工技术保证各通道的尺寸一致性（如毛细管内径、通道夹角），同时采用高精度流量分配系统（如压电式流量控制器），使多通道流速同步调控，在不损失精度的前提下提升液滴产量；

2、智能反馈调控系统：集成在线检测模块（如微流控拉曼光谱、荧光强度传感器），实时监测液滴内DNA基序与调节剂的浓度比例，通过算法自动修正流速偏差，抵消规模化生产中流体阻力变化、温度波动等干扰因素，维持浓度精度；

3、液滴融合与二次调控：先通过单通道快速生成高浓度梯度的“母液滴”，再利用微流控液滴融合技术，将不同浓度的母液滴按预设比例精准融合，实现“粗调+精调”两步调控，既提升生产效率，又保障最终浓度的精准性。

这一问题的核心启示是：精准调控技术的落地需兼顾“实验室精度”与“工程化可行性”，微流控技术的优势不仅在于微观操控，更在于通过集成化、智能化设计，实现“精准性-规模化-稳定性”的协同，这也是纳米材料从实验室走向实际应用的关键路径。

图1：基于浓度调控的微流控液滴实现DNA晶体的精准形貌控制

图2：双乳液液滴中的可调浓度包裹特性

图3：双乳液液滴中 2T DNA 晶体的生长及结晶习性调节剂比例包裹下的形貌精准控制

图4：双乳液液滴中 13-mer DNA 晶体的精准塑形

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202511878

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