Small:微流控定制化制造微纳尺度生物医用材料

疾病精确诊断与个性化治疗的日益发展提出了对用于疾病诊疗的生物医用材料更高的要求。因此,构建组分、结构、性能和功能可被精确调谐的微纳尺度功能生物医用材料成为了近年来研究的焦点。然而,传统材料制备方法如模板法、乳液聚合法、分散聚合法、喷雾干燥法等很难高通量构筑获得结构和性能可被精确调谐的微纳米材料。微流控作为一种在微纳米尺度下批量制备功能材料的平台技术,在定制化构筑微纳尺度生物医用材料方面取得了长足的进展。

近来,中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员课题组应邀撰写了题为“Microfluidic platforms toward rational material fabrication for biomedical applications”的综述论文,全面总结了基于微流控技术定制化设计制造微纳尺度生物医用材料的研究进展。该论文最近在线发表在Small上(DOI: 10.1002/smll.201903798)。

首先,该文讨论了微流控技术在微纳材料可控制造方面的优势:微流控平台因其精准操控多组分流体的能力,可在微纳米尺度上对生物医用材料的形态、形貌、结构、组成予以精确调控,从而定制化设计和构建材料的性能和功能。该文列举了通过合适的芯片设计和材料选择,微流控在定制化设计和高通量制备从零维、一维、二维到三维不同尺度生物医用材料的应用范例,并且介绍了微流控在模块化组装构建三维结构、调控材料定制化卷曲形变等复杂微纳材料设计制造方面的创新应用。

随后,该文总结了基于微流控构建的这类尺寸均一、组分结构和性能可被定制化设计的微纳材料在生物医学领域应用的研究进展。由于具备精准可调的性能和功能,微流控构筑的微纳尺度生物医用材料被广泛用于疾病快速诊断、可控药物递送、组织修复与再生、响应性生物器件等前沿领域。特别是,基于在多功能微纳材料制备以及活细胞精准操控方面的优势,微流控技术为诊疗一体化、器官芯片、组织工程等领域的快速发展注入了强大动力。

然而,面对复杂动态的人体生理环境,现有基于微流控制造的微纳尺度生物医用材料的性能和功能还面临极大局限性。在文章最后,作者对微流控定制化制造微纳尺度生物医用材料的未来发展进行了展望。作者相信,未来通过将微流控技术与诸如4D打印等先进制造技术以及刺激响应性材料的结合,将有望构建具备环境交互能力、呈现动态的形态和功能的新型生物医用材料,这将有望更好地应用于复杂动态的人体生理环境,为疾病诊疗提供更先进的工具和策略。

论文共同第一作者为中国科学院深圳先进技术研究院赵启龙助理研究员和崔欢庆助理研究员,通讯作者为中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员。论文得到国家重点研发计划(2017YFA0701303)、国家自然科学基金(21404116、51903245)、中科院、广东省、深圳市等项目的资助。