在組織工程領域，大細胞結構（體積大于1 mm3）中的局部缺氧是一個重要挑戰(zhàn)。氧釋放生物材料通過持續(xù)而可控的方式提供氧氣輸送，為此提供了一種創(chuàng)新解決方案。與傳統(tǒng)方法（如乳化、超聲處理和攪拌）相比，微流控技術在氧釋放材料生產(chǎn)方面具有明顯的優(yōu)勢，包括可控性、靈活性和適用性，在智能氧釋放材料的生產(chǎn)中具有巨大潛力。 近期，中國科學技術大學朱志強副教授等在Acta Biomaterialia期刊上發(fā)表了題為“Microfluidic strategies for engineering oxygen-releasing biomaterials”的綜述性論文，全面介紹了基于微流控技術的氧釋放生物材料的制備和應用。首先，作者闡述了各種微流控技術的物理機制以及在氧載體制備方面的差異。然后，介紹了不同氧釋放組分在氧釋放機制、氧載體容量和氧釋放持續(xù)時間方面的區(qū)別。最后，作者綜述了基于微流控技術的氧釋放生物材料在生物醫(yī)學領域的應用成果，并探討了當前的障礙和預期的發(fā)展趨勢。本研究得到中國國家重點研發(fā)計劃（2022YFA1104800）、中國國家自然科學基金（52003263和52005477）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2018491）、安徽省重點研發(fā)計劃（2022l07020031）的資助。

圖1 氧釋放生物材料設計及制造的微流控策略

具體而言，作者重點討論了基于流體力學、界面剪切和電動力學的微流控技術，包括它們的物理機制、制備產(chǎn)率、均勻性、載體尺寸和尺度。此外，作者總結了工程化氧釋放生物材料的類別和功能，特別強調了不同氧源之間在氧載體容量和氧釋放周期方面的差異。最后，作者介紹了基于微流控技術的最新氧釋放生物材料在組織工程、傷口愈合和藥物遞送領域的發(fā)展，以期為不同學科的研究人員提供一種以結果為驅動的策略，利用微流控技術開發(fā)釋放氧氣的生物材料。研究人員可以根據(jù)特定需求設計具有合理結構、尺寸和功能的氧釋放生物材料，并采用適當?shù)奈⒘骺夭呗詠韺崿F(xiàn)他們的目標。

圖2 氧釋放生物材料的材料、結構與性質 然而，盡管微流控技術在開發(fā)和應用釋放氧氣的生物材料方面具有巨大潛力，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，需要建立一個能夠可持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)具有可控結構、尺寸和成分的釋氧生物材料的微流控系統(tǒng)。由于目前大多數(shù)使用的釋氧生物材料具有簡單的結構和有限的功能，開發(fā)具有豐富功能（如成像、傳感和治療能力）以及優(yōu)異性能（如穩(wěn)定性、安全性和可控釋放）的新材料是另一個挑戰(zhàn)。此外，一些障礙限制了釋氧生物材料在生物醫(yī)學領域的應用。在組織工程中，創(chuàng)建長期連續(xù)釋放氧氣的能力是一個關鍵難題。最后，釋氧生物材料的開發(fā)和臨床應用仍存在挑戰(zhàn)。在臨床應用中，對釋氧生物材料的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等方面需要進行適當?shù)脑u估。解決這些挑戰(zhàn)需要在生物醫(yī)學科學、材料科學、化學、工程學等各個學科之間持續(xù)創(chuàng)新和合作，以實現(xiàn)氧釋放生物材料的可持續(xù)、可控、安全和高效應用。 總而言之，盡管基于微流控技術的氧釋放生物材料的制備和應用仍處于初級階段，但微流控技術具有巨大的潛力，可以促進氧釋放生物材料的快速發(fā)展。對智能氧釋放生物材料的探索將為未來在生物醫(yī)學、組織工程和腫瘤治療領域創(chuàng)造了額外的機會和挑戰(zhàn)。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.03.032