【文章概述】

利用复合界面剪切(CIS)工艺，用于生产具有可控结构和形貌的单分散Janus乳液。该工艺引入周期性的力来分离材料，能够独立控制Janus乳液中的隔室特征。具有可受控数量的隔室聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的Janus乳液通过CIS生产，并光聚合形成具有指定界面曲率的微水凝胶。聚乙二醇单丁醚微水凝胶可以通过含油分散相的含量进一步改性，以实现表面或内部特征的各向异性。本文中研究了MCF-7人乳腺癌细胞被包裹在微水凝胶中，用于细胞增殖，具有令人满意的生存能力。通过用RGDS共轭聚苯乙烯微球修饰PEGDA微水凝胶，我们证明了MCF-7细胞和人脐静脉内皮细胞在不同三维曲率的基底上的可控空间粘附。我们的试点研究提出了一种简单且潜在可扩展的方法来生产具有可控结构和地形特征的三维基底，用于三维导向细胞组织。

【成果简介】

中国科学技术大学精密科学仪器重点实验室的朱志强课题组利用复合界面剪切(CIS)工艺制备得到具有可控制的结构和形貌的微水凝胶，聚乙二醇单丁醚微水凝胶可以通过含油分散相的含量进一步改性，以实现表面或内部特征的各向异性，此项工作拓宽了水凝胶的功能和性能，为水凝胶打开了新的研究大门。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【文章亮点】

（1）、利用复合界面剪切(CIS)工艺制备得到具有可控制的结构和形貌的微水凝胶；

（2）、聚乙二醇单丁醚微水凝胶通过含油分散相的含量进一步改性，实现表面或内部特征的各向异性；

（2）、RGDS共轭聚苯乙烯微球修饰的PEGDA微水凝胶，证明了MCF-7细胞和人脐静脉内皮细胞在不同三维曲率的基底上是可控粘附；

【图文导图】

图1本工作中提出的CIS方法的描述。

（a）生成Janus 双乳液的独联体工艺的原理。

（b）收集的Janus 双乳液。

（c） Janus 乳液的粒度分布。

图2根据聚乙二醇单丁醚相中FS-30表面活性剂的浓度控制Janus 乳液的形状。

（a）界面张力对Janus 乳液构型的影响示意图。

(b-d)接触角测量值随不同实验条件下FS-30浓度变化的曲线图。

图3 （a）根据20%聚乙二醇700溶液与FS-30 (A相)和油(B相)的相对体积流量控制Janus 乳液的大小和形状。

(b)不同流速下Janus 乳液的显微图像。

(c)Janus 乳液在不同流速比例下的显微图像。

(d)由界面能控制的第三相(C)中两个不混溶相(A，B)的吞没过程示意图。

图4生成三元和四元Janus乳液的CIS方法。

(a，b)分别在第三和第二实验条件下，三元和四元Janus乳液生成过程的示意图和显微图像。

(c，d)荧光显微图像显示在第三实验条件下三元和四元Janus PEGDA微水凝胶的结构。

(e，f)在第一个实验条件下三元和四元Janus乳液的显微图像，以及相应的PEGDA微水凝胶的SEM图像。

(g，h)第二实验条件下三元和四元Janus乳液的显微图像，以及相应的PEGDA微水凝胶的SEM图像。

图5 PEGDA微水凝胶的可控表面和化学修饰。

（a）PEGDA微水凝胶表面改性示意图。

(b，c)光聚合前后表面改性聚乙二醇单丁醚微水凝胶的显微图像。

(d)具有可控罗丹明B荧光浓度梯度的聚乙二醇单丁醚微水凝胶的生成过程示意图。

(e，f)荧光浓度梯度随着时间(形成和聚合之间的时间)的增加而变化。

图6封装对细胞活力的影响。

(a，b)扫描电镜下聚乙二醇单甲醚6000和聚乙二醇单甲醚700微水凝胶的孔结构形貌。

(c)用不同表面活性剂包封前后细胞活力的直方图。

(d)在11天的三维培养过程中，对富含细胞的半月板聚乙二醇单丁醚微水凝胶进行荧光染色。

图7 PEGDA微水凝胶上可控的细胞粘附。

（a） PEGDA修饰的聚苯乙烯微球与聚乙二醇单丁醚微水凝胶结合的示意图。

(b，c)分别具有负曲率和正曲率的PEGDA微水凝胶上的人脐静脉内皮细胞的受控空间粘附的荧光图像和截面图。

(d，e)分别具有负曲率和正曲率的PEGDA微水凝胶上人脐静脉内皮细胞受控空间粘附的荧光和相应的三维图像。

【奇材馆点评】

提出了一种简单、通用且可扩展的方法来生产可控曲率的微粒基底。单分散Janus 乳液是通过顺式工艺制备的一种前体形态。Janus 乳液的形态特征可以通过表面活性剂的浓度、分散相的流速和油相的选择来控制。利用油相的含量对聚乙二醇单丁醚微水凝胶进行表面改性，显示了这些颗粒的几何各向异性。微水凝胶中梯度变化的荧光染色也以类似的方式显示了聚乙二醇单甲醚微水凝胶的生物化学各向异性。此外，还可以在PEGDA微水凝胶中完成细胞封装和三维培养，显示了该方法的生物相容性。具有确定曲率的聚乙二醇单丁醚微水凝胶的表面可以用趋化因子缀合的微球修饰。使用微球改性的微水凝胶证明了细胞粘附导向。控制细胞在空间上粘附在凹面和凸面上，并且可以预期用趋化因子修饰的PEGDA微水凝胶进行多类型细胞培养，该水凝胶来源于更复杂的Janus乳液。它还可以将三维细胞包裹与三维细胞粘附相结合，实现更复杂多样的体外细胞培养。我们的研究将有助于复杂微水凝胶的设计和优化，用于许多潜在的应用，如生物微电机、药物3D组织工程中的释放、细胞封装和引导细胞组织。

【论文信息】

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