生物医用材料对于防治重大疾病、保障人类健康意义重大。当前，高性能生物医用材料需求迫切，加之体内外存在多种生理尺寸阈值，对材料制备方法和尺寸控制提出更高要求。微流控平台突破传统微纳材料合成局限，为尺寸依赖性生物材料提供微型化、高可控环境。
近期，中国地质大学（武汉）杨华明教授团队发表综述，系统阐述了微流控技术的基本概念与技术特征，总结了其在0D、1D、2D、3D生物医用微纳材料精准合成中的应用，同时探讨这些材料在诊断、药物递送、抗菌及疾病治疗等领域的实践价值，并提出该领域现存挑战与未来发展方向。相关研究成果以“Advances in Microfluidics-Enabled Dimensional Design of Micro-/Nanomaterials for Biomedical Applications: A Review”为题，发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。
本文要点：
1、本综述首先介绍了微流控的基本概念与技术特征。
2、系统总结了该技术驱动下零维至三维微纳材料的合成，重点探讨了微流控在材料结构设计与性能调控方面的优势。
3、进一步阐述了此类材料在诊断、抗炎、药物递送、抗菌及疾病治疗等生物医学领域的应用。
4、最后对该领域面临的挑战与未来发展方向进行了展望，以促进生物学与工程学的交叉融合，为该新兴领域持续助力。
一张图读懂全文
Scheme 1：微流控技术的发展历程及关键节点
图 1（a）基于流动分层原理的层流微混合器（I）与三维扭曲流通道（II）示意图；（b）不互溶流体间的浮动界面；（c）液滴微流控装置生成的三种不同几何形态液滴：交叉流（I）、流动聚焦（II）与共流（III）；（d）用于多通道免疫分析的数字微流控平台；（e）单片三维纸基微流控器件
图 2（a）微流控合成银纳米颗粒：（I）微通道结构模型细节图；（II）微通道内溶液流速模拟图；（b）基于印刷电路板（PCB）的蛇形微混合器制备方法；（c）“A” 样品对多种菌的抑菌实验：（I）金黄色葡萄球菌、（II）藤黄微球菌、（III）粪肠球菌、（IV）肺炎克雷伯菌、（V）白色念珠菌、（VI）黑曲霉；（d）（I）微流控反应器合成纳米颗粒示意图；微流控合成纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）图：（II）钯纳米颗粒、（III）钯铂核壳纳米颗粒
图 3（a）用于合成氧化铁纳米颗粒的微流控芯片及基于流动聚焦 X 型结的聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片明场图；（b）介孔二氧化硅纳米纤维微流控合成平台的模型分布；（c）介孔二氧化硅纳米纤维微流控合成平台的实验装置；（d）微流控螺旋通道内混合过程的 COMSOL 模拟结果；（e）介孔二氧化硅纤维形成过程示意图
图 4（a）微流控制备三相 Janus 微粒示意图；（b）荧光显微镜下三相微粒中姜黄素（绿色）与阿霉素（DOX，红色）的分布及释放情况；（c）（上）共流微流控装置生成液滴模板的示意图与照片；（下）基于液滴模板制备 Janus 颗粒的过程示意图；（d）目标单链核酸检测方法原理；（e）用于无细胞蛋白合成（CFPS）反应的传感器 DNA 结构；（f）DNA 片段对数浓度与逆向反射信号的关系；（g）TASER 技术、（h）IA-TASER 技术中，单链 DNA 对数浓度与逆向反射 Janus 颗粒（RJP）数量变化值（Δ）的关系
图 5（a）微反应器及液滴中水溶性硫化银（Ag2S）量子点（QDs）示意图；（b）液滴微流控芯片及液滴中量子点合成示意图；（c）双通道纸基微流控芯片示意图；（d）纸基微流控传感器阵列平台示意图
图 6（a）氮掺杂石墨烯及微流控导向石墨烯纤维的合成示意图；（b）内嵌螺旋通道微纤维的制备过程；（c）微流控内嵌 Janus 通道与双螺旋通道用于生成微纤维的示意图
图 7（a）基于微流控平台的核壳微纤维合成过程；（b, c）核壳微纤维合成细节图；（d）不同样品对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抑菌效果；（e）肝脏止血实验中的出血与止血情况；（f）皮肤伤口实验结果
图 8（a）微流控合成过程实时监测示意图；（b）单室与双室大孔微载体的光学图像与荧光图像；（c）纱球状水凝胶微球合成示意图；（d）利用纱球状水凝胶微球进行细胞培养： hela 细胞包埋于水凝胶基质中，活细胞与死细胞分别被染为绿色与红色
图 9（a）基于微流控纺丝技术制备的多孔水凝胶微纤维；（b）多孔水凝胶微纤维用于伤口愈合模型的示意图；（c）不同样品的抗菌实验：（i）磷酸盐缓冲液（PBS）、（ii）微纤维、（iii）载药微纤维；（d, e）四组实验中伤口在不同时间点的相对变化图像；（f）四组实验的苏木精-伊红（H&E）染色图像
图 10（a）基于微流控的二维介孔二氧化硅纳米片合成与富集过程；（b）罗丹明 B（RB）、（c）牛血清白蛋白（BSA）、（d）阿霉素（Dox）三种物质在不同流速比下的介孔二氧化硅纳米片富集性能（基于函数模型）
图 11（a）微混合器中乙醇与水的流动状态及二次流；（b）脂质体制备示意图；（c）基于三级微流控芯片组装的水核/聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）壳/脂质层刚性纳米囊泡；（d）对多药耐药肿瘤模型的体内抗肿瘤效果：（I）治疗后相对肿瘤体积增长曲线；（II）剥离肿瘤重量；（III）剥离肿瘤照片；（IV）给药前后小鼠体重变化；（e）将脂质体递送至多细胞肿瘤球（MTSs）的微流控平台示意图；（f）不同浓度阿霉素溶液与多柔比星脂质体（Doxil）分散液灌注 48 小时后乳腺癌多细胞肿瘤球的显微镜图像（上：明场图，下：荧光图）
图 12（a）受乐高启发的微流控装置用于水凝胶微球合成；（b）干燥与溶胀状态下水凝胶微球（HMSs）的光学显微镜图；（c）负载 ZIF-8 的全疏水性水凝胶膜在伤口愈合中的应用；（d）不同 ZIF-8 负载浓度的膜材料抑菌性能；（e）荧光染色的 NIH3T3 细胞荧光图像；（f）0-11 天不同时间点的伤口模型照片
图 13（a）大规模细胞确定性机械穿孔（DMP）原理；（b）器件芯片封装示意图；（c）基于微流控的液滴单细胞脂质转染平台示意图；（d）基于微流控平台的液滴与细胞共包封过程；（e）微通道内液滴混沌对流的明场照片；（f）直微通道内鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus）与表皮葡萄球菌（S. epidermidis）的分离过程
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c22581
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