研究背景：
微凝胶作为一类具有微米级尺寸的智能软材料，在生物医学、药物递送、组织工程等领域展现出广泛的应用潜力。它们能够响应外部刺激，如温度、pH值、光等，发生体积或形态的变化，从而在生物交互和环境感应中发挥作用。尤其在再生医学中，微凝胶可作为构建软三维再生材料的基本单元，与细胞产生关键性相互作用。
然而，传统微凝胶在调节其网络形态以改变物理、化学和结构特性时，往往伴随着化学组成的显著变化，这限制了它们在精确控制细胞行为研究中的应用。因此，开发一种能够在保持化学等价性的同时，调节微凝胶网络形态和物理特性的新方法，对于拓展其在生物医学领域的应用具有重要意义。
导读：
近期，有研究人员提出了一种新方法，利用热辅助微流控技术合成热响应性微凝胶。这些微凝胶具有可调的网络结构和形态，同时在化学组成上保持一致，能够在生理温度下发生相变，展现出广泛的生物医学应用潜力。相关研究以“Thermally Assisted Microfluidics to Produce Chemically Equivalent Microgels with Tunable Network Morphologies”为题目，发表在期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。
本文要点：
1、本研究提出利用热辅助微流控技术合成具有可调网络形态的热响应性微凝胶。
2、这些微凝胶在化学组成上保持等效，但在网络结构和形态上具有多样性，能够在生理温度下发生相变。
3、本研究通过在不同温度下交联单体或星形聚合物，合成了多种微凝胶，探索了前驱体组成对微凝胶性质的影响。
4、结果表明，微凝胶的机械性能、表面形貌和热响应性均可通过调节前驱体的结构和交联温度进行优化。
5、这一方法为生物医学领域提供了新的材料平台，具有广泛的应用潜力，尤其是在细胞生长和机械敏感性研究方面。
使用热辅助微流控技术生产微凝胶的主要优势包括：
1、可调网络结构和形态：该技术能够通过调节交联温度和前驱体组成，合成具有不同内部结构和形态的微凝胶，从而实现对微凝胶特性的精确控制。
2、化学等效性：在保持化学组成一致的情况下，能够生产出具有不同网络形态的微凝胶，这对于研究细胞行为和生物相容性至关重要。
3、热响应性：合成的微凝胶具有热响应特性，能够在生理温度下发生相变，适用于生物医学应用，如细胞生长和机械刺激。
4、连续生产能力：热辅助微流控技术支持微凝胶的连续生产，提高了生产效率，能够在较短时间内获得大量样品。
5、多样化的机械性能：通过调节前驱体的结构和交联条件，可以实现微凝胶的机械性能（如刚度和弹性）的广泛调节，满足不同应用需求。
6、改善的表面形貌：该技术能够控制微凝胶的表面形貌，有助于增强与生物体的相互作用，促进细胞附着和生长。
通过热辅助微流控技术调节微凝胶的网络形态以实现其功能性，主要可以通过以下几个方面进行：
1、前驱体选择与合成：使用不同的前驱体（如单体或星形聚合物）进行合成是调节微凝胶网络形态的关键。研究中使用了N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）和N-乙基丙烯酰胺（NEAm）作为主要单体，通过调整它们的比例，可以改变微凝胶的体积相变温度（VPTT）和网络结构。
2、交联温度的控制：在不同的交联温度下进行聚合反应，能够影响微凝胶的内部结构和机械性能。研究表明，当交联温度高于NIPAm的低临界溶液温度（LCST）时，微凝胶会经历相分离，形成不同的孔隙结构和形态。这种温度控制使得微凝胶在生理条件下能够实现可调的相变行为。
3、微流控技术的应用：热辅助微流控技术支持在连续流动条件下进行微凝胶的合成。通过调节流速、温度和反应条件，可以实现对微凝胶形态的精确控制。这种方法能够在保持化学组成相同的情况下，创造出具有不同物理和机械特性的微凝胶。
4、网络结构的多样性：通过使用三臂或四臂星形聚合物作为前驱体，可以获得具有不同内部结构的微凝胶。这些不同的网络结构会影响微凝胶的刚度、孔隙率和热响应性，从而实现其在生物医学和材料科学中的多种应用。
综上所述，热辅助微流控技术通过选择合适的前驱体、控制交联温度和流动条件，能够有效调节微凝胶的网络形态，从而实现其功能的多样化。
图1.前驱体和水凝胶性质。
图2.不同凝胶温度（GT）下球形微凝胶的明场和共聚焦激光扫描显微镜研究。
图3.机械性能量化。
图4.微凝胶的温度相关核磁共振分析。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202411772
