导读：
近期，意大利都灵理工大学研究人员发表综述，系统梳理了液滴微流控技术（DBM）工程化生物材料的结构设计、制备策略及适配机制。文章详细探讨了如何通过DBM精准构建从纳米颗粒到核壳微胶囊等一系列功能载体，并深入剖析了这些载体在药物递送、单细胞分析和3D组织建模等生物医学领域的应用潜力与当前面临的转化挑战。相关研究成果以“Biomaterials in droplet-based microfluidics: From structural design to biomedical applications”为题目，发表在期刊《Materials Today Advances》上。
本文要点：
1、本文综述了液滴微流控（DBM）工程化生物材料的结构设计与生物医学应用。
2、首先，文章概述了被动与主动液滴生成技术，以及由此制备的多种微纳结构（如纳米颗粒、微球、核壳微胶囊和微纤维），并阐释了其形态与组成如何调控物质传输、稳定性及释放行为。
3、随后，重点探讨了赋予液滴功能性的关键生物材料，包括天然、半合成及合成水凝胶，以及与其生物活性cargo相容的多种凝胶化方法（如离子、光引发、酶促交联）。
4、在应用方面，着重分析了生物材料选择与交联化学对药物释放动力学、生物相容性和体内分布的影响；同时，也讨论了基于液滴的单细胞封装、3D培养模型及其在生物分析平台中的应用。
5、本文通过阐明从液滴生成技术、材料选择到生物医学性能的完整路径，为设计用于药物递送、组织建模和高通量生物分析的DBM载体与支架提供了系统性指导。
一张图读懂全文
在液滴微流控技术（DBM）中，被动法与主动法液滴生成的核心差异在于驱动力来源与控制精度，具体如下：
对于活细胞、酶等脆弱生物样本，被动法通常更具优势，是更安全、更普遍的选择。
首先，被动法主要依赖层流与毛细作用力，其产生的流体剪切力通常较低，如同轴流结构能提供对称且渐进的流动，对活细胞等脆弱样本更为友好。
其次，被动法系统封闭，不引入外部能量场，从而避免了电场、热能或化学反应副产物对细胞膜、酶活性等造成的潜在损伤与污染。
图 1：液滴生成技术的文献发表趋势（2000-2025 年）。该图展示了 PubMed 数据库中收录的、关于批量乳化法、空气喷射法、电流体动力学法（EHD）、离心法以及液滴微流控技术（DBM）的文献数量。与传统方法文献数量相对稳定的情况相比，DBM 相关文献呈现显著增长趋势。图中还包含各技术主要优势与局限性的总结。
图 2：从中间的液滴微流控器件开始，该图展示了所用生物材料的类型（固体聚合物与水凝胶）、由此形成的颗粒结构及其主要生物医学应用。
图 3：（A）液滴微流控技术制备载细胞水凝胶微胶囊的示意图。用于细胞封装的微流控器件主要有三种基本类型：（i）同轴型；（ii）T 型结型；（iii）流动聚焦型。（B）阶梯乳化机制的示意图：（i）微流控结构的俯视图，显示分散相通过浅喷嘴流入装有连续相的深储液池；（ii）微流控结构的侧视图，展示两个横向方向上液滴形成的横截面过程。
图 4：主动式液滴生成方法。（A）施加直流电压生成液滴；（B）含铁磁流体的 T 型结器件，磁铁分别置于（i）上游位置和（ii）下游位置；（C）用于研究液滴形成过程温度依赖性的微流控器件示意图；（D）按需分配液滴的微流控芯片：压电致动器将水性液滴释放到含不互溶流体的垂直通道中。
图 5：（A）聚合物纳米颗粒的典型结构示意图；（B）聚合物纳米胶囊的典型结构示意图；（C）通过自组装过程获得具有成核位点的纳米凝胶结构示意图。
图 6：基于微流控技术生成的、具有均一内部结构和异质内部结构的固体微颗粒。
图 7：基于 DBM 技术制备的核壳型微颗粒示意图：（A）水溶性内核颗粒，适用于负载亲水性药物（紫色圆点）；（B）油溶性内核颗粒，适用于负载疏水性药物（红色圆点）。
图 8：基于液滴微流控技术生成的核壳型微胶囊，用于药物递送与细胞封装。
图 9：利用多通道微流控器件制备生物活性微纤维的过程。
图 10：DBM 技术用于生物材料制备的关键发展里程碑，从早期概念验证研究到生物医学应用的最新进展。
图 11：固体聚合物在 DBM 技术中的应用实例。
图 12：天然水凝胶在 DBM 技术中的应用实例。
图 13：半合成水凝胶在 DBM 技术中的应用实例。
图 14：合成水凝胶在 DBM 技术中的应用实例。
图 15：基于 DBM 技术制备的生物材料微颗粒的药物释放与生物相容性数据。
图 16：基于 DBM 技术制备的生物材料载体的体内分布及成像。
图 17：利用液滴微流控技术在水凝胶微环境中实现单细胞封装与培养。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2025.100667
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