在組織工程領(lǐng)域，大細(xì)胞結(jié)構(gòu)（體積大于1 mm3）中的局部缺氧是一個(gè)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(shù)在氧釋放材料生產(chǎn)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱志強(qiáng)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(shù)的氧釋放生物材料的制備和應(yīng)用。首先，作者闡述了各種微流控技術(shù)的物理機(jī)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(jī)制、氧載體容量和氧釋放持續(xù)時(shí)間方面的區(qū)別。最后，作者綜述了基于微流控技術(shù)的氧釋放生物材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用成果，并探討了當(dāng)前的障礙和預(yù)期的發(fā)展趨勢(shì)。本研究得到中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA1104800）、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（52003263和52005477）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2018491）、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022l07020031）的資助。

圖1 氧釋放生物材料設(shè)計(jì)及制造的微流控策略

具體而言，作者重點(diǎn)討論了基于流體力學(xué)、界面剪切和電動(dòng)力學(xué)的微流控技術(shù)，包括它們的物理機(jī)制、制備產(chǎn)率、均勻性、載體尺寸和尺度。此外，作者總結(jié)了工程化氧釋放生物材料的類別和功能，特別強(qiáng)調(diào)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(shù)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(lǐng)域的發(fā)展，以期為不同學(xué)科的研究人員提供一種以結(jié)果為驅(qū)動(dòng)的策略，利用微流控技術(shù)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(shè)計(jì)具有合理結(jié)構(gòu)、尺寸和功能的氧釋放生物材料，并采用適當(dāng)?shù)奈⒘骺夭呗詠?lái)實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。

圖2 氧釋放生物材料的材料、結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 然而，盡管微流控技術(shù)在開發(fā)和應(yīng)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(gè)能夠可持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)具有可控結(jié)構(gòu)、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(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)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(gè)挑戰(zhàn)。此外，一些障礙限制了釋氧生物材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。在組織工程中，創(chuàng)建長(zhǎng)期連續(xù)釋放氧氣的能力是一個(gè)關(guān)鍵難題。最后，釋氧生物材料的開發(fā)和臨床應(yīng)用仍存在挑戰(zhàn)。在臨床應(yīng)用中，對(duì)釋氧生物材料的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等方面需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。解決這些挑戰(zhàn)需要在生物醫(yī)學(xué)科學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)等各個(gè)學(xué)科之間持續(xù)創(chuàng)新和合作，以實(shí)現(xiàn)氧釋放生物材料的可持續(xù)、可控、安全和高效應(yīng)用。 總而言之，盡管基于微流控技術(shù)的氧釋放生物材料的制備和應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，但微流控技術(shù)具有巨大的潛力，可以促進(jìn)氧釋放生物材料的快速發(fā)展。對(duì)智能氧釋放生物材料的探索將為未來(lái)在生物醫(yī)學(xué)、組織工程和腫瘤治療領(lǐng)域創(chuàng)造了額外的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

論文鏈接：

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