2024年7月25日，清华大学林金明教授与北京工商大学林玲教授团队合作在Matter期刊上发表了一篇题为“Open aerosol microfluidics enable orthogonal compartmentalized functionalization of hydrogel particles”的研究成果。

该成果报道了一种开放气溶胶微流控（OAMF）方法，可实现对水凝胶微粒内部和表面功能的正交设计；并进一步提出了“Organ-on-a-Particle”的概念，探索了颗粒作为新型细胞载体的潜在应用。论文通讯作者是林金明教授、林玲教授；第一作者是吴增楠博士。

水凝胶微粒因其可定制性而在化学、生物和医学领域展现了广阔的应用前景。微粒丰富的内部和表面空间为其功能定制提供了丰富的设计可能性，使他们能够在各种应用场景中执行复杂任务。例如，具有内部异质性的微粒（如多腔室、多元、核-壳结构）在解决药物装载、组织工程和智能执行器等问题上发挥了重要作用。此外，表面功能化的微粒（如粗糙度、化学修饰）在细胞输送、可注射治疗和药物筛选等领域展现了广泛的应用前景。然而，由于现有技术对微粒功能定制缺乏灵活性，区室化微粒的全面应用仍未得到充分探索。例如，虽然已有许多策略用于调整微粒的内部功能，如液滴微流控、流动光刻、离心技术和电场辅助，但这些方法通常忽略了微粒的表面设计。现有的表面功能化技术，如溶剂蒸发、冷冻干燥和表面活性剂驱动等，通常处理整个微粒，导致单一功能化的表面，且这些方法往往与内部功能定制不兼容。

针对这一难题，林金明教授和林玲教授团队合作开发了一种开放气溶胶微流控（OAMF）方法，通过微流体网络调整内部区室的数量和几何形状，并利用反应气溶胶进行复杂的表面工程，包括化学和表面修饰，从而实现对水凝微粒内部和表面功能的正交控制。研究团队在各种水凝胶材料上的实验展示了OAMF的可扩展性，能够生成具有复杂内部结构和独特表面设计的微粒。这种正交控制能够创新性地构建多细胞系统，实现精确的细胞布局和定制细胞间相互作用，标志着“器官微粒”技术的进步。这种方法为设计工程微粒提供了一种通用的策略，有可能为组织工程、药物筛选和生物医学应用等领域带来革命性的变化。

图1：OAMF实现水凝胶微粒的功能正交设计。

图2：区室化微粒的参数调控。

图3：凝胶微粒的内部图案化设计。

图4：凝胶微粒的表面功能定制。

图5：区室化凝胶微粒用于按需设计多细胞系统。

OAMF集成更多材料的潜力将进一步拓展其在组织工程、生物传感、智能执行器、药物筛选等研究领域的应用。这一策略为生物工程颗粒设计和应用带来了新的可能性，将推动多个学科，如化学、工程、生命科学等领域的进步。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.06.045