近期，有研究人员开发了一种基于微流控双乳液模板和紫外光交联的技术，成功制备了具有可调壳层厚度和尺寸的聚乙二醇微凝胶胶囊。相关研究以“Microfluidic fabrication of polyethylene glycol microgel capsules with tailored properties for the delivery of biomolecules”为题目，发表在期刊《Biomaterials Science》上。该研究进一步验证了所得胶囊对10 kDa大分子的高效封装能力，并通过多孔壳层的水解作用实现了荧光标记物的缓释，为药物递送系统提供了可降解、高载量的软壳载体平台。

本文要点：

1、本研究开发了一种基于微流控技术的聚乙二醇（PEG）微凝胶胶囊制备方法，用于高效封装与控释生物分子。

2、通过双乳液模板法，在微流控装置内生成单分散的水包油包水（W/O/W）乳液液滴，并利用紫外光引发交联反应，将六臂丙烯酸化星形聚环氧乙烷-聚环氧丙烷（sPEG-A）预聚物固化形成微凝胶壳层。

3、通过调节微流控流速，可精确控制胶囊的壳层厚度（9.9–18.9 μm）与整体尺寸（178.6–210.0 μm）。

4、实验表明，所得微凝胶胶囊具有中空结构，可原位封装10 kDa FITC-葡聚糖等大分子，并通过壳层的水解作用实现分子缓释。

5、冷冻扫描电镜（cryo-SEM）显示壳层为多孔结构，溶胀实验验证了其亲水性PEG网络的快速吸水特性。

6、此外，胶囊在离心与超声处理下仍保持结构稳定，且降解产物无细胞毒性。

7、该方法为药物递送系统提供了高载量、可控释放的软壳载体平台，适用于生物医学、化妆品等领域的功能分子精准递送。

微流控技术在制备聚乙二醇微凝胶胶囊中的核心优势是什么？其在实际规模化生产中可能面临哪些挑战？

优势：

单分散性控制：通过调节流速参数（如外相、中相、内相流速），可精确控制胶囊壳层厚度（9.9–18.9 μm）与整体尺寸（178.6–210.0 μm），避免传统乳化法导致的尺寸不均问题。

原位封装：双乳液模板法支持在液滴形成过程中直接封装大分子（如10 kDa FITC-葡聚糖），无需后加载，提升载药效率。

快速固化：紫外光交联反应在数秒内完成，缩短生产周期，减少药物暴露于不利环境的时间。

挑战：

材料兼容性：预聚物溶液的粘度需与微流控设备匹配，高粘度可能导致液滴生成不稳定（如实验中需模拟非反应性sPEG-OH的粘度以确保工艺稳定）。

规模化限制：当前依赖玻璃毛细管装置，生产通量较低（流速为毫升/小时级别），需优化设备设计或采用并行微流控系统以提高产量。

如何调整聚乙二醇微凝胶壳层特性（如交联密度、降解速率）以实现药物的精准控释？

1、调控策略：

• 交联密度：通过改变预聚物浓度（如文中20% w/w sPEG-A）或光引发剂比例，调节壳层孔隙率，控制小分子扩散速率。例如，降低交联密度可增大网络孔径，加速释放。

• 降解速率：利用水解敏感的交联剂（如酯键）或引入酶响应基团，使壳层在特定生理条件下（如pH、酶环境）逐步降解，实现按需释放。本研究中胶囊通过酯键水解实现缓释，未来可结合靶向修饰提升特异性。

• 动态响应：引入温敏或光响应材料（如PNIPAM），通过外部刺激（温度、光照）实时调控壳层溶胀或收缩，实现脉冲式释药。文中未涉及此方向，但可作为扩展研究方向。

2、验证手段：

• 荧光示踪：通过监测FITC-葡聚糖的荧光信号分布，量化壳层渗透性与释放动力学。

• 溶胀与降解实验：结合溶胀度测试与SEM观察，分析壳层结构变化对释放行为的影响。

图1.A：sPEG-A的化学交联过程示意图。B：实验装置示意图：两根圆形毛细管放置在一个方形毛细管内。注入相应的液体，在毛细管对齐处形成双乳液。双乳液形成后，用紫外光照射双乳液液滴，持续5-15秒，以聚合sPEG-A并产生微凝胶胶囊。微凝胶胶囊中心出现的白点是由于与底部玻璃片接触所致。比例尺为100 µm。

图2.A：通过改变内相流速（Qi）来调节壳厚度：在保持外相（Qo）和中相（Qm）流速分别为10 mL/h和2 mL/h的情况下，改变内相流速可以精确控制壳厚度，同时保持外径相对恒定。B：通过改变外相流速（Qo）来调节滴液尺寸：在保持中间相（Qm）和内相（Qi）流速分别为4 mL/h和1.5 mL/h的情况下，改变外相流速可以精确控制滴液的外径，同时保持壳厚度恒定。比例尺为100 µm。

图3.A：sPEG微凝胶胶囊的溶胀行为：微凝胶胶囊中的甲苯被水置换的过程。甲苯蒸发后，微凝胶胶囊在9天内逐渐沉降。B：微凝胶胶囊在水中的溶胀实验。记录了微凝胶胶囊直径随时间的变化。干燥的扁平颗粒迅速溶胀。

图4.冷冻扫描电子显微镜（cryo-SEM）图像显示微凝胶胶囊的结构：样品经过纯化并储存在Milli-Q水中。A：在-80°C下，10分钟升华时间，700×放大。B：在-80°C下，10分钟升华时间，5000×放大。C：在-80°C下，25分钟升华时间，400×放大。D：在-80°C下，25分钟升华时间，3000×放大。比例尺为10 µm。

图5.A-B：纯化后（0天）含10 kDa FITC-葡聚糖的微凝胶胶囊明场及荧光图像，荧光信号集中于内腔。C-D：9天后荧光信号向壳层扩散，表明分子随壳层水解缓慢释放。E-F：无FITC-葡聚糖的对照胶囊无荧光信号。G：荧光信号分布分析显示，0天时信号呈钟形（集中于内腔），9天时信号在壳层处形成双峰，证实分子通过多孔网络扩散。

论文链接：https://doi.org/10.1039/C7BM00322F