导读：
近期，有研究人员通过微流控流动聚焦系统成功合成了含有柠檬酸修饰磁性纳米颗粒的海藻酸盐微凝胶，其具有良好的生物相容性和细胞增殖活性，为生物医学应用如靶向药物传递、组织工程和3D细胞培养等提供了新的可能。相关研究以“Synthesis and Characterization of Hydrogel Droplets Containing Magnetic Nano Particles, in a Microfluidic Flow-Focusing Chip”为题目，发表在期刊《Gels》上。
本文要点：
1、本研究通过微流控流动聚焦系统合成了含有柠檬酸磁性纳米颗粒（MNPs）的海藻酸盐微凝胶。
2、采用共沉淀法合成的超顺磁性磁铁矿纳米颗粒平均尺寸为29.1±2.5nm，饱和磁化强度为66.92emu/g。
3、经过柠檬酸处理后，纳米颗粒的水动力尺寸从142nm增加到826.7nm，改善了其在水相中的分散性和稳定性。
4、设计了微流控流动聚焦芯片，并采用立体光刻技术3D打印模具。通过调整入口流速，能够制备20-120μm范围内的单分散和多分散微凝胶。
5、研究还探讨了微流控设备中液滴生成的不同条件，并提供了利用微流控流动聚焦设备从具有明确宏观性质的液体中生成预定尺寸和多分散性的液滴的指南。
6、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）结果表明，柠檬酸基团在纳米粒子上发生了化学连接，且纳米粒子存在于水凝胶中。
7、含柠檬酸磁性纳米颗粒的海藻酸盐微凝胶在72小时后细胞增殖率显著高于对照组（p=0.042），表明其良好的生物相容性和潜在的生物医学应用前景。
磁性水凝胶在生物医学应用中具有以下优势：
1、生物相容性和可降解性：磁性水凝胶通常由天然或合成聚合物制成，具有良好的生物相容性和可降解性，适合用于体内应用。
2、可调节的物理化学性质：其性质（如机械强度、化学特性和水合特性）可以根据需求进行调节，接近天然细胞外基质（ECM）。
3、磁性驱动：磁性水凝胶能够在外部磁场的作用下调节生物反应，促进细胞生长和组织再生，增强生物功能。
4、靶向药物递送：利用磁性定位，可以将药物精确输送到肿瘤等特定部位，减少全身性副作用，提高治疗效果。
5、热疗应用：在交变磁场下，磁性水凝胶可以用于肿瘤的热疗，诱导肿瘤退化。
6、3D生物打印：磁性水凝胶可用于3D生物打印，创造各向异性的组织结构，满足不同组织的需求。
微流控流动聚焦系统在微凝胶生产中的贡献主要体现在以下几个方面：
1、单分散性：该系统能够生成单分散的微凝胶，确保每个微凝胶的尺寸和形状一致，从而提高产品的可重复性和一致性。
2、可控性：通过调节进液流速，可以精确控制微凝胶的生成条件，优化微凝胶的尺寸和多分散性。
3、高效性：微流控技术能够实现高通量的微凝胶生产，缩短生产时间，提高生产效率。
4、简化工艺：该系统的设计简化了传统的凝胶制备工艺，减少了对复杂设备的依赖，降低了生产成本。
5、多功能性：微流控流动聚焦系统可以与其他功能材料结合，制备出具有特定功能的复合微凝胶，扩展其在生物医学领域的应用潜力。
图1.（a）通过共沉淀法合成的磁铁矿NPs的FE-SEM图，（b）通过共沉淀法合成的磁铁矿NPs的M-H图，（c）柠檬酸钠、磁铁矿NPs和柠檬酸化磁铁矿NPs的FT-IR光谱，以及（d）柠檬酸化前后磁铁矿NPs的水动力尺寸。
图2.（a）螺旋通道芯片中产生的微凝胶的显微图像，（b）微流控芯片中三向连接构造的光学显微镜图像。
图3.当各相的物理性质恒定时，在微流控系统中观察到不同的液滴生成模式——喷射模式（a,b）、滴落模式（c,e,f）和卫星形成（d）。
图4.显微镜图像（在透射模式下）：（a）液滴尺寸的非均匀分布和（b）液滴尺寸的接近均匀分布。
图5.（a）含有柠檬酸化磁铁矿NPs的海藻酸盐微凝胶的M-H，（b）海藻酸钠（S.Alg）、海藻酸盐微凝胶（Alg.M）和含有柠檬酸化磁铁矿NPs的海藻酸盐微凝胶（Alg.NNP-Cit.M）的FT-IR光谱，以及（c）Ca2+和海藻酸盐水凝胶中的羧基之间的离子键相互作用。
图6.（a）24小时后，在人间充质干细胞存在下，柠檬酸化前后不同浓度的磁铁矿NPs的生物相容性（*：p<0.05，**：p<0.001）；（b）1天后海藻酸盐基微凝胶及其成分的生物相容性试验（*：与对照组相比p<0.05）；以及（c）3天后海藻酸盐基微凝胶及其成分的生物相容性测试。（*：p<0.05）。
图7.具有（a）螺旋通道和（b）平行通道的微流控芯片设计模型的3D视图。
图8.Fe3O4 NPs的柠檬酸化步骤：（a）向磁性NPs中加入去离子水并在超声波浴中分散，（b）加入柠檬酸钠并将其放入烘箱中，（c）加入丙酮并沉淀柠檬酸磁性NPs，以及（d）柠檬酸磁性NPs被磁铁吸引。
论文链接：https://doi.org/10.3390/gels9060501
