液滴微流控技术在生物材料和生物医药领域具有重要的应用前景，特别是在海藻酸盐微凝胶的制备上。这种方法往往是通过将海藻酸钠水溶液液滴与各种二价和三价离子（如Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺等）交联来实现的，能够赋予海藻酸盐水凝胶独特的刺激响应性和复杂的化学特性。目前，通过液滴微流控技术制备海藻酸铁微凝胶的研究相对较少，尚未得到足够的关注和开发。

近期，北京交通大学胡远渡课题组提出了一种制造海藻酸铁微凝胶的简便方法，使用单乳液液滴作为模板，并通过芯片外交联技术来固化滴液。相关研究以“Droplet Microfluidics-Assisted Fabrication of Shape Controllable Iron-Alginate Microgels with Fluorescent Property”为题目，发表在期刊《Macromolecular Rapid Communications》上。

本文要点：

1、本研究采用微流控技术制备了具有可控形状和荧光特性的海藻酸铁微凝胶，其有望用于药物输送载体和仿生结构。

2、通过调节收集溶液的粘度和离子强度等不同参数，可以系统地调整所得微凝胶的形态。

3、由于骨架结构中铁离子的自氧化作用，这些微凝胶的颜色会从浅棕色变为深棕色。

4、此外，还通过静电相互作用用带正电荷的线性聚合物对这些海藻酸铁微凝胶进行了功能化修饰，使其具有稳定的荧光特性。

5、该方法为制备具有可控形状和功能性的生物材料微凝胶提供了新的思路，不仅有助于深入理解微流控技术在生物材料制备中的应用，也为生物医用材料的设计和开发提供了新的策略。

全文总结/概括：

海藻酸铁微凝胶是利用液滴微流控方法和芯片外交联技术制备的，具体步骤如下：

1、使用基于玻璃毛细管的微流控装置生成均匀的海藻酸钠（SA）水溶液液滴。

2、然后将生成的液滴输送到含有不同浓度甘油、Ca²⁺和Fe³⁺的收集溶液中。

3、进入收集溶液后，由于油/水界面、离子扩散速率和渗透压的协同作用，液滴会同时发生变形和交联过程。

4、液滴的变形受收集溶液粘度的影响，可通过调节甘油浓度来调整粘度。

5、海藻酸盐液滴的交联是通过与收集溶液中的Ca²⁺和Fe³⁺离子相互作用实现的。

6、液滴变形和离子交联相结合，形成了形态各异的海藻酸铁微凝胶。

总之，微流控方法可以通过调节收集溶液的参数来精确控制海藻酸铁微凝胶的大小和形状。

功能化海藻酸铁微凝胶因其独特的物理化学特性，在多个领域展现出广泛的应用潜力，主要包括：

1、药物输送系统：微凝胶的非球形形态有助于逃避巨噬细胞的吞噬作用，从而延长药物在体内的循环时间，并提高药物的生物利用度，以实现更精准的靶向药物输送。

2、仿生结构设计：通过精确调控微凝胶的形态，可以模拟生物组织或器官的微观结构，为组织工程和生物医学研究提供仿生支架，以促进再生医学和生物传感器的发展。

3、荧光生物标记：微凝胶的荧光特性使其可作为生物标记物，应用于细胞标记、生物成像和疾病诊断等领域，以提高检测的灵敏度和准确性。

4、智能响应材料：微凝胶对环境刺激（如pH、温度、离子强度）的响应性，使其在智能药物释放系统等领域具有应用潜力，可实现药物按需释放。

5、催化剂载体：微凝胶的多孔结构和表面活性使其能够负载催化剂，作为化学反应中的催化剂载体，特别是在需要特定形态或结构以提高催化效率的场景中。

这些应用领域充分体现了功能化海藻酸铁微凝胶的多功能性和在生物医药领域的应用前景，为未来的研究和开发提供了新的方向。

图1.顶部：微流体装置产生的SA水溶液的均匀液滴示意图、海藻酸盐的简化化学结构图以及与Ca²⁺和Fe³⁺双离子交联的微凝胶的化学结构图；底部：示意图显示，液滴落入含有不同浓度甘油和Fe³⁺的收集溶液中，引发芯片外离子交联过程，并在不同收集溶液中形成不同形状和颜色强度的微凝胶。

图2.（I）：a-e）微流体装置产生的初始球形液滴形成的微凝胶的光学显微镜图像。液滴由1.5wt%SA组成，并收集在含有8wt%CaCl₂、2wt%FeCl₃和不同甘油浓度（0、10、20、30、50和70wt%）的不同溶液中。插图显示了相应放大微凝胶的侧面形态。（II）：相应微凝胶的形态示意图。（III）：在具有固定Fe³⁺和Ca²⁺浓度但具有不同甘油浓度的收集溶液中获得的海藻酸铁微凝胶的变形程度的示意图。该图显示了凝胶浴中微凝胶的D/L值与甘油浓度之间的关系。插图是所选点的代表性光学显微镜图像。误差条表示标准偏差。

图3.a-f）在含有不同Fe³⁺浓度（2、4、6、8、10、15wt%）的收集溶液中获得的微凝胶的光学显微镜图像。在所有情况下，收集溶液中的甘油浓度都保持在30wt%，而所有原始液滴都由1.5wt%SA组成。插图显示了相应微凝胶的侧面形态。

图4.在具有不同浓度溶质的收集溶液中获得的海藻酸盐微凝胶的相图，其中甘油浓度在0至70wt%范围内，Fe³⁺浓度在0到10wt%范围内。所有的微凝胶都是由1.5wt%SA的水溶液液滴形成的。收集高度都保持在15mm。

图5.a-d）不同时间（1、3、7和10天）的海藻酸铁微凝胶自氧化反应过程中颜色变化的光学显微镜图像。下图是微凝胶在自氧化过程中颜色变化的放大图。

图6.（I）在6wt% Fe³⁺收集溶液中获得，并在钌聚合物溶液中进一步功能化的微凝胶的透射模式光学和荧光显微镜图像。a）用钌聚合物功能化之前的光学和f）荧光显微镜图像；b）微凝胶在钌聚合物溶液中浸泡1小时后的透射和g）荧光显微镜图像；c-e）钌聚合物修饰的微凝胶在纯水中浸泡1、7和10天的光学和h-j）荧光显微镜图像。（II）最初未功能化的微凝胶、功能化3小时后的微凝胶和在蒸馏水中浸泡90天后的功能化微凝胶的荧光光谱。（III）条形图描绘了在0.5wt%的钌基线性聚合物水溶液中功能化3小时，然后在纯水中浸泡0-90天后，海藻酸铁微凝胶荧光强度的变化。

原文链接：https://doi.org/10.1002/marc.202400084