负压驱动微流控液滴生成，高通量稳健合成载细胞海藻酸盐微凝胶-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

水凝胶微颗粒在组织工程、3D生物打印及细胞治疗中具有重要潜力。然而现有制备方法常依赖复杂设备与操作，限制了其实际应用。近期，有研究人员提出一种三步实验法开发负压驱动微流控液滴发生器，通过出口储液器负压引液实现含活细胞的球形、核壳型及Janus型海藻酸盐微凝胶的高效合成，该方法简化了设备与操作且可重复性强，细胞封装后长期培养存活率超80%。相关研究以“Negative Pressure Actuated Microfluidic Droplet Generation Enables High-Throughput and Robust Synthesis of Cell-Laden Alginate Microgels”为题目，发表在期刊《ACS Biomaterials Science & Engineering》上。

本文要点：

1、本研究提出一种基于负压驱动液流的微流控液滴生成方法，仅需在出口处施加负压即可引入所有液相，成功制备了球形、核壳型及Janus型海藻酸微凝胶，并实现了活细胞的高效封装。

2、该系统操作简单、稳定性高、重复性好，微凝胶尺寸与结构由芯片设计决定，在-7至-15 kPa压力范围内保持稳定，细胞存活率超过80%。

3、该技术为多组分微凝胶的自动化、规模化制备提供了新途径，有望推动其在组织工程与生物打印中的应用。

该研究提出的三步法微流控芯片开发流程是一种通过实验迭代，将多相流体的精密流量控制转化为固定芯片结构设计的策略。具体步骤如下：

第一步先把芯片设计的基础参数和关键结构定下来。用独立的注射泵来精确控制不同流体的流量，通过反复测试找到能生成目标尺寸（80-120μm）和特定结构（比如核壳型、Janus 型）微凝胶的各相流速比，同时还要设计好液滴生成区域和出口通道的基本尺寸，确保后续液滴形成后能顺利交联，而且不会发生变形，为后续芯片制作打牢基础。

第二步是优化入口通道的水力阻力，让负压驱动时能自动实现之前确定的流速比。把入口通道做成蛇形，通过调整通道长度、改变开孔位置这些方式来调节每个入口的水力阻力，之后通过实验观察不同阻力配置下液滴的生成情况，一点点校准参数，直到能稳定复现第一步找到的流速比，这样后续用负压驱动时，不用额外装流量传感器，流体也能按需求稳定分流。

第三步是固化芯片的最终设计，让芯片结构更简单，同时保证制作工艺的稳定性和结果的可重复性。把第二步里用的蛇形通道换成直线或者微弯通道，把之前校准好的水力阻力参数固定下来，形成最终的芯片样式。这款成品芯片后续使用时，只需要通过调节出口储液器的负压（-7 至 - 15kPa）来控制微凝胶的生成频率，不用再进行复杂的流量调节，就能高效、稳定地合成微凝胶。