综述：基于微流控技术的氧释放生物材料的制备与应用研究进展

在组织工程领域，大细胞结构（体积大于1 mm³）中的局部缺氧是一个重要挑战。氧释放生物材料通过持续而可控的方式提供氧气输送，为此提供了一种创新解决方案。与传统方法（如乳化、超声处理和搅拌）相比，微流控技术在氧释放材料生产方面具有明显的优势，包括可控性、灵活性和适用性，在智能氧释放材料的生产中具有巨大潜力。 近期，中国科学技术大学朱志强副教授等在Acta Biomaterialia期刊上发表了题为“Microfluidic strategies for engineering oxygen-releasing biomaterials”的综述性论文，全面介绍了基于微流控技术的氧释放生物材料的制备和应用。首先，作者阐述了各种微流控技术的物理机制以及在氧载体制备方面的差异。然后，介绍了不同氧释放组分在氧释放机制、氧载体容量和氧释放持续时间方面的区别。最后，作者综述了基于微流控技术的氧释放生物材料在生物医学领域的应用成果，并探讨了当前的障碍和预期的发展趋势。本研究得到中国国家重点研发计划（2022YFA1104800）、中国国家自然科学基金（52003263和52005477）、中国科学院青年创新促进会（2018491）、安徽省重点研发计划（2022l07020031）的资助。

图1 氧释放生物材料设计及制造的微流控策略

具体而言，作者重点讨论了基于流体力学、界面剪切和电动力学的微流控技术，包括它们的物理机制、制备产率、均匀性、载体尺寸和尺度。此外，作者总结了工程化氧释放生物材料的类别和功能，特别强调了不同氧源之间在氧载体容量和氧释放周期方面的差异。最后，作者介绍了基于微流控技术的最新氧释放生物材料在组织工程、伤口愈合和药物递送领域的发展，以期为不同学科的研究人员提供一种以结果为驱动的策略，利用微流控技术开发释放氧气的生物材料。研究人员可以根据特定需求设计具有合理结构、尺寸和功能的氧释放生物材料，并采用适当的微流控策略来实现他们的目标。

图2 氧释放生物材料的材料、结构与性质 然而，尽管微流控技术在开发和应用释放氧气的生物材料方面具有巨大潜力，但仍面临一些挑战。首先，需要建立一个能够可持续大规模生产具有可控结构、尺寸和成分的释氧生物材料的微流控系统。由于目前大多数使用的释氧生物材料具有简单的结构和有限的功能，开发具有丰富功能（如成像、传感和治疗能力）以及优异性能（如稳定性、安全性和可控释放）的新材料是另一个挑战。此外，一些障碍限制了释氧生物材料在生物医学领域的应用。在组织工程中，创建长期连续释放氧气的能力是一个关键难题。最后，释氧生物材料的开发和临床应用仍存在挑战。在临床应用中，对释氧生物材料的安全性、稳定性和经济性等方面需要进行适当的评估。解决这些挑战需要在生物医学科学、材料科学、化学、工程学等各个学科之间持续创新和合作，以实现氧释放生物材料的可持续、可控、安全和高效应用。 总而言之，尽管基于微流控技术的氧释放生物材料的制备和应用仍处于初级阶段，但微流控技术具有巨大的潜力，可以促进氧释放生物材料的快速发展。对智能氧释放生物材料的探索将为未来在生物医学、组织工程和肿瘤治疗领域创造了额外的机会和挑战。

论文链接：

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