拖尾型海藻酸钙凝胶微球可控制备

本文用一种简单的微流控装置在共轴注入条件下制备了大尺寸的海藻酸钠微球。该装置由PDMS铸造而成，模具由小直径金属和聚四氟乙烯管组成。在硅油中通过该装置生成2%海藻酸钠的液滴，然后在2% CaCl2溶液中交联，该溶液以0.1%~1.5% (w/v)的浓度混合羟丙基甲基纤维素。结果表明，产生的海藻酸钠微球的形态取决于羟丙基甲基纤维素的浓度。随着羟丙基甲基纤维素浓度的增加，由于油与交联溶液界面张力的降低，海藻酸钠微球的形状从半球形到尾球形。浓度越高，形成的海藻酸钠微球的尾部愈发尖锐。这些不同形状的海藻酸钠微球对纳米生物医学、生物医用材料等方面的应用有很重要的作用。

海藻酸钠凝胶作为生物材料具有广泛的应用前景。

它们被用作组织工程的支架， 药物传递的载体[1]、基础生物学中细胞三维培养[2] [3]、生物医用材料应用中的3D 打印、软体机器人[4]等。这些应用需要凝胶微球具有良好的生物相容性[5]、机械性能[6]、膨胀[7]、降解、细胞附着和生物活性分子的结合释放性能[8]。目前生成凝胶微球的方法较多，包括乳化法[9]、静电淋漓法[10]、挤压法[11]和水动力淋漓法[12]等等。

这些方法有很多局限性， 例如凝胶微球的尺寸范围过宽， 凝胶微球尺寸大以及试剂消耗量多等[13]。

在此，我们开发了一种以金属/聚四氟乙烯管为模具的方法，利用简单的微流控芯片装置，通过微流通道中两相混合来生成凝胶微球[14] [15]。这种方法制造成本低，但效率很高，而且可以通过混合不同浓度的羟丙基甲基纤维素来控制CaCl2 混合液的浓度，以生成不同形状和大小的凝胶微球。这些形状各异的微球的研究有助于下一步在细胞三维培养、3D 打印、生物医用材料及其他生物医药领域广泛应用。比如球形的凝胶球可以作为三维培养细胞的支架以及药物的缓释载体。通过进一步控制拖尾型的凝胶微球尾巴里的成分，比如加入磁性颗粒或者具有催化特性的铂纳米颗粒，使其可在磁场力作用或者催化产生气体的反作用力下摆动，进而实现拖尾型凝胶球的可控运动，有助于未来发展凝胶类型的软体机器人。

2. 实验 2.1. 试剂与仪器 主要试剂：海藻酸钠(国药集团化学试剂有限公司)；聚二甲基硅氧烷(美国迈图高新材料集团)；聚二甲基硅油(国药集团化学试剂有限公司)；无水氯化钙(国药集团化学试剂有限公司)；羟丙基甲基纤维素(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)。

主要仪器：倒置荧光显微镜(Nikon Eclipse Ti-s, Japan)；实验室微量注射泵(保定兰格恒流泵有限公司， LSP01-3A)；表面张力仪(上海方瑞仪器有限公司，BZY 系列)；精密天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司，BSA224S)。

2.2. 芯片制作 采用同轴法制备海藻酸钙微球。

首先， 将直径为0.7 mm 及内径为0.6 mm 的金属管插入内径为0.65 mm、