植入体内的生物材料需要适应人体动态的力学和结构环境，但现有支架大多是"静态"的：物质传输受限、刚度过高难以贴合、植入后无法自修复或按需重塑。多伦多大学 Milica Radisic 教授团队在 Materials Today Bio 发表的这项工作，用微流控生成单分散的 POMaC 弹性体液滴，再经"颗粒阻塞（jamming）"和紫外交联组装成颗粒支架，在同一平台上集成了多孔渗透性、弹性力学、自主自修复和体内按需重塑能力。

图1｜方法总览：微流控液滴生成 → 颗粒阻塞与紫外交联 → 弹性体颗粒支架，及其自修复、细胞培养与体内重塑应用。

01 从"整块"到"颗粒"：一个架构化解三重矛盾

整块弹性体支架长期面临一个两难：提高交联密度能增强力学强度，却会压缩孔隙连通性、阻碍细胞浸润和分子扩散。以 POMaC 为例，整块材料仅允许约 70 kDa 以下分子扩散，细胞因子运输和细胞长入都受限。

颗粒支架（granular scaffold）用微观单元自下而上组装，天然化解这一矛盾：颗粒紧密堆积时发生"jamming 转变"——低于临界堆积分数时呈流体样、颗粒可重排，高于临界分数时转变为固体样、形成承载结构，同时颗粒间孔隙始终连通。本文将 POMaC 颗粒用 DPBS（pH 7.32，157 mM）洗涤压实后二次紫外交联，得到稳定的矩形支架；在测试的六种溶液中，仅 DPBS 能支持稳定组装。渗透性实验显示，颗粒支架允许 70 kDa 和 2000 kDa FITC-葡聚糖通过，而整块 POMaC 仅约 1 kDa 的台盼蓝可渗透——颗粒间孔隙把大分子传输能力直接拉了上来。

02 微流控造粒：即插即用装置攻克高粘度弹性体液滴

POMaC 预聚物粘度高、粘附性强，常规微流控和乳液法都难以制备单分散液滴。作者采用一种"即插即用"微毛细管装置：用软聚合物接线盒固定管路和针头，构成同轴液滴生成结构，无需对器件表面进行疏水处理即可在水溶液中直接生成液滴。
分散相为 POMaC 与 PEGDM 500 的 3:2 混合液，连续相为 1% PVA 水溶液。固定连续相流速 60 mL/h，将分散相流速从 1.0 逐步提高到 5.0 mL/h，液滴直径从约 50 µm 连续增加到 600 µm，且各条件下均呈单分散分布。相比之下，本体搅拌法得到的颗粒粒径分布宽，且受搅拌速度和注射速率影响大。这一装置为高粘度弹性体的微流控造粒提供了低成本、易操作的解决方案。

图2｜POMaC 微滴的生成与粒径调控：(a–c) 本体搅拌法粒径分布宽；(d–h) 即插即用微流控装置通过分散相流速（1.0–5.0 mL/h）精确调控液滴直径（50–600 µm），单分散性良好。

03 自修复：37°C 下切断后自动愈合，力学恢复超 80%

自修复是颗粒支架的标志性能力。作者将支架用手术刀切成两半，在 37°C 下手动对接：整块 POMaC 两半始终分离、无愈合迹象；颗粒支架则完全愈合成连续结构，可随意操作而不断裂。作为对照，用海藻酸盐颗粒组装的同样结构也无法愈合，说明这是 POMaC 弹性体体系特有的性质。
扫描电镜显示，愈合即刻界面处颗粒部分融合、颗粒间空隙减少；两周后颗粒进一步聚结、界面重新连续。力学测试给出定量恢复率：愈合后杨氏模量 0.9 kPa，未损伤组 1.1 kPa，弹性恢复效率 82%；滞后环面积从 23.4 Pa 降至 22.3 Pa，能量耗散恢复效率 95%。FTIR 谱图未发现新共价键，表明自修复主要源于可逆分子间相互作用——颗粒支架巨大的比表面积放大了氢键和疏水相互作用，新鲜断面对接后自发重连、排出水分、恢复内聚。

图3｜自修复行为：(a–b) 整块与颗粒支架切断后在 37°C 对接，仅颗粒支架完全愈合；(c–d) SEM 显示愈合即刻界面融合、两周后颗粒聚结连续；(e–i) 力学测试显示愈合后杨氏模量恢复 82%、滞后环面积恢复 95%。

04 体内重塑：植入 24 小时后可手动改形

颗粒支架的另一项关键能力是"按需重塑"。体外实验中，矩形支架可被手动塑形成三角形并稳定维持。体内实验更进一步：将矩形支架植入小鼠皮下，24 小时后经手术切口手动塑形成圆形，取出后整块 POMaC 仍保持矩形，而颗粒支架成功变为圆形。

共聚焦成像定量分析显示，重塑前后颗粒间距离分布高度重叠：模态间距均约 20 µm，平均间距约 40 µm（重塑前）和 35 µm（重塑后），说明重塑是颗粒重排而非结构破坏。这意味着植入后可由术者根据患者解剖结构现场调整形状，同时保持支架完整性和多孔微环境。

图4｜形状自适应重塑：(a–b) 体外矩形→三角形重塑；(c–f) 重塑前后颗粒间距离分布高度重叠；(g) 体内皮下植入 24 h 后手动塑形，整块材料保持矩形，颗粒支架成功变为圆形。

05 体内响应：促修复巨噬细胞富集，血管向内长入

四周皮下植入后的组织学结果回答了"颗粒支架在体内表现如何"。H&E 和 Masson 三色染色显示，颗粒支架内部有大量细胞浸润，而整块材料的细胞基本停留在边缘。

免疫荧光进一步揭示了免疫微环境的差异：颗粒支架内 CD206（促修复、促血管生成 M2 型巨噬细胞）与 CD68（总巨噬细胞）的比值显著高于整块材料，表明 M2 型巨噬细胞富集；CD31 阳性血管密度在颗粒支架中有升高趋势；细胞浸润深度（占支架厚度百分比）也显著更高。这些结果共同说明，颗粒阻塞形成的拓扑结构和微环境有利于促修复免疫响应和组织整合。

图5｜四周皮下植入结果：(a) H&E 与 Masson 染色显示颗粒支架内细胞浸润显著；(b–d) CD206/CD68 比值显著升高（M2 型巨噬细胞富集），CD31 阳性血管密度有升高趋势，细胞浸润深度显著高于整块材料。

结 语

这项工作的核心创新在于把"微流控单分散造粒"与"颗粒阻塞组装"结合，用均匀的 POMaC 弹性体液滴作为构建单元，得到了同时具备多孔渗透性、弹性力学、自主自修复和体内按需重塑的颗粒支架。对微流控领域而言，即插即用微毛细管装置解决了高粘度弹性体难以单分散造粒的工程难题，为颗粒支架类材料提供了尺寸精确、重复性好的构建单元。未来在高通量造粒、长期降解行为和特定组织适配性上的进一步优化，将推动这类自适应植入材料走向再生医学应用。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2026.103473

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