导读：

水凝胶微球是一类微尺度的亲水性聚合物颗粒，作为新型功能性生物材料，近年在生物医学领域应用广泛。近期，江苏大学潘国庆教授、王淼助理研究员等人发表综述，系统梳理了生物活性水凝胶微球的不同制备技术及功能化策略，重点阐述其在生物传感、3D细胞培养、组织修复与癌症治疗等生物医学领域的应用进展与挑战。相关研究成果以“Recent advances in bioactive hydrogel microspheres: Material engineering strategies and biomedical prospects”为题目，发表在期刊《Materials Today Bio》上。

本文要点：

1、全面概述了液滴微流控技术、乳化法、电喷雾和机械粉碎等水凝胶微球制备方法，分析了各方法对微球性能的影响及优缺点。

2、探讨了细胞负载、功能金属氧化物负载和生物活性分子负载等多种功能化策略，以增强其生物活性并拓展生物医学应用。

3、讨论了水凝胶微球在生物传感与检测、3D细胞培养、组织修复及类器官构建等领域的最新进展及应用前景。

4、指出水凝胶微球在机械强度、规模化生产和生物适应性方面面临的挑战，并提出未来研究方向，如探索新材料和制造技术、优化交联策略与表面改性，以及实现大规模生产等。

一张图读懂全文

水凝胶微球在生物医学领域应用的优势

图1（A）PDMS微流控芯片的制备流程：（a）将PDMS倾倒至模具并交联；（b）剥离PDMS层；（c）刺穿流体通道孔；（d）将PDMS键合至玻璃基底并注入荧光素以增强对比度。（B）四通道微流控芯片装置实现精准流体控制。（C）三维核-壳支架促进多种细胞类型的空间组织与组装。

图2（A）由LEGO积木组装的玻璃毛细管装置。（B）微尺度液滴形成过程的原理与示意图。（C）利用具有不同孔径的内毛细管制备的PEGDA颗粒：（a）400μm；（b）350μm；（c）300μm；（d）250μm；（e）200μm；（f）150μm。

图3（A）同轴放置的注射器式微流控制备装置。（B）MCP膜（微通道板）如同筛网：分散相为需穿过筛网的材料，堵塞端口产生的压力类似推动材料过筛的作用力；下通道中的连续相当作收集过滤材料的容器，与分散相结合形成最终乳液产物，从端口b收集液滴用于后续处理。（C）制备的硅片微通道反应器。

图4（A）不同电压下电喷雾颗粒形成的图像。（B）乳液法制备微球的示意图。（C）紫外辅助离心法制备葡萄糖与pH双响应Janus微球。（D）有序微纳结构多级水凝胶的制备示意图。

图5（A）PEG水凝胶微球封装mESCs（小鼠胚胎干细胞）。（B）双层氮气夹套微流控装置示意图。（C）罗非鱼源水凝胶的黏度随剪切速率增加而降低。（D）dECM颗粒水凝胶组装体与dECM块状凝胶中L929细胞三维培养7天的活/死荧光染色。

图6（A）U-CMLV（超声控制单分散脂质囊泡）水凝胶微球的形成过程。（B）海藻酸钠-生理盐水-明胶交联流程及制备的水凝胶微球。（C）单层水凝胶微胶囊在模拟胃液与肠液中的药物释放曲线。

图7（A）不同葡萄糖浓度与pH条件下葡萄糖和pH探针组件的荧光图像。（B）基于液滴微流控技术制备的神经球用于药物筛选分析：单层神经元的共聚焦激光扫描显微图像，以及神经球衍生神经突的长度与数量定量分析。

图8（A）在微流控装置中制备DTT诱导交联的细胞胶囊，收集后立即在水相中封装肝细胞，24小时后聚集细胞形成紧密球体。（B）H&E组织学与免疫荧光染色证实封装的肝球体中存在细胞内白蛋白。

图9（A）微流控法将链球菌包裹于海藻酸钠微球中，制备活性益生菌敷料。（B）活性益生菌敷料对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌测试。（C）活性益生菌敷料的生物相容性测试。（D）金黄色葡萄球菌感染小鼠的伤口愈合情况。（E）苏木精-伊红（H&E）与Masson三色染色。

图10（A）将GMs（凝胶微球）注射至DMM大鼠关节腔，通过整合内源性与外源性再生机制增强旁分泌活性。（B）IL-1β刺激48小时后软骨细胞的免疫荧光图像。（C）IL-1β处理的软骨与五种细胞水凝胶微球共培养24小时后，TNF-α、IL-6、MMP-13、Agg（聚集蛋白聚糖）和Col2a1（Ⅱ型胶原α1）的mRNA表达水平qRT-PCR分析。（D）术后8周ChsMA+CLX@Lipo@GelMA双层微球减轻OA大鼠的软骨退化。

图11（A）介入式水凝胶微球疫苗的制备流程示意图，包括Cas9@脂质体纳米颗粒。（B）Ni-ALGMSs（镍-海藻酸钠水凝胶微球）的制备及其对His标记肽/蛋白的特异性封装。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101614