水凝胶微粒被普遍认为是重要的绿色材料。由于水凝胶材料具有优异的生物相容性、生物降解性和非细胞毒性，水凝胶微粒已广泛应用于化学、生物和生物医学等研究领域。其中，具有不同形貌的非球形水凝胶微粒在靶向递药、细胞培养、肿瘤治疗、生物医疗诊断等方面具有巨大的应用潜力。相较于球形水凝胶微粒，非球形水凝胶微粒具备形貌上的各向异性、负载药物时具有较高的传质比表面积和较短的传质距离、更好的细胞及组织附着性等优势。因此，高效并稳定地制备形貌可控的、单分散性好的非球形水凝胶微粒对于开发功能性微载体、体外组织培养等方面具有重要意义。近年来，得益于在微尺度下对微流体的精确控制，微流控技术已逐渐发展成为制备非球形水凝胶微粒的重要手段。

清华大学化学工程联合国家重点实验室徐建鸿教授课题组在Green Chemical Engineering (GreenChE) 上发表了题为“Recent advances in the microfluidic generation of shape-controllable hydrogel microparticles and their applications”的综述性文章，总结了其课题组及近年来利用微流控技术制备非球形水凝胶微粒及其主要应用方向的相关研究进展，对非球形水凝胶微球的各种微流控制备方法的生成原理、制备特点以及优缺点等进行了详细的阐述。

•  详细地介绍了近年来非球形水凝胶微粒的微流控制备方法。

•  讨论了不同微流控方法的制备特点和应用优缺点。

•  讨论了非球形水凝胶微粒的应用现状和应用前景。

本文阐述了微流控法制备非球形水凝胶微粒的常见途径，包括批量间歇制备法、流体光刻蚀连续制备法和液滴微流控连续制备法。另外，详细介绍了当前不同材料及形貌的非球形水凝胶微粒的应用进展（如图1所示）。

图1. 非球形水凝胶微粒的制备方法及其主要应用方向。

3.1 流体光刻蚀连续制备法

流体光刻蚀制备法可分为连续流光刻蚀（CFL）和间歇流光刻蚀 (SFL)。在连续流光刻蚀制备法中，光刻蚀过程是在连续流动的预凝胶溶液中进行的。生成的非球形水凝胶微粒随后被高速的连续流冲走。然而，快速流动的连续相会限制光刻过程中的分辨率。而当降低连续流的流速以提高分辨率时，非球形微粒的产量又会受到影响。在利用间隙流光刻蚀法进行光刻蚀过程中，可以使预凝胶溶液在一定时间内停顿以满足光刻蚀所需的分辨率，因而能以较高的产量制备非球形水凝胶微粒。流体光刻蚀制备法可以生成具有高形态灵活性的非球形水凝胶微粒。然而，其尺寸、分辨率和产量受到光掩模透明度和紫外光强度的限制。同时，固化过程中所需的紫外光和光引发剂具有一定的细胞毒性，大大影响了材料的生物相容性。

图2. 流体光刻蚀法制备非球形水凝胶微粒。

3.2 液滴微流控连续制备法

液滴微流控法制备非球形水凝胶微粒主要可分为以下三种途径：1. 通过微通道对预凝胶微液滴的限制使微液滴产生形变；2. 在微通道外，所生成液滴与凝固浴接触时，在界面张力和重力等作用力影响下使微液滴产生形变；3. 通过多相体系下，预凝胶液滴生成Janus形等多结构乳液，从而制备非球形水凝胶微粒。相较于流体光刻蚀制备法，液滴微流控制备法的制备条件相对温和，生物兼容性高，但其所生成的非球形水凝胶微粒的形貌有一定局限性，多数为变形的球体，如扁盘形、半球形和短棒形等。

图3. 液滴微流控法制备非球形水凝胶微粒。

3.3 非球形水凝胶微粒应用现状

非球形水凝胶微粒最常见的应用之一是利用其形貌的各向异性来实现多种细胞相互作用。首先，非球形水凝胶微粒具有较大的比表面积，这对于细胞附着和所包裹细胞所需氧气和营养物质的扩散效率有着至关重要的作用。其次，非球形的微粒有利于形成更为紧密的粒子集合以用于构建多样且复杂的组织培养模块。具有独特表面形态的非球形水凝胶微粒也有利于不同细胞的附着。另一方面，非球形水凝胶微粒也被广泛应用于各种靶向递药的研究中。非球形水凝胶微粒形貌上的各向异性高度影响其所负载药物的载药量、释放动力学、体内迁移规律和粘附性等特征。此外，近年来非球形水凝胶微粒也被逐渐应用于微马达、细胞免疫等诸多方向。

图4. 非球形水凝胶微粒的应用现状。

该工作总结了微流控法制备生物相容性和可生物降解性优异的非球形水凝胶微粒的最新进展，以及其在生物医学和物理领域的应用报道。阐述了非球形水凝胶微粒的多种制备策略，包括批量间歇制备法和基于液滴微流控的连续制备法。非球形水凝胶微粒的形貌主要取决光掩模的形状（光刻技术）或固化的预凝胶微液滴结构（液滴微流控技术）。相较于球形水凝胶微粒，非球形水凝胶微粒已被证明在细胞培养、靶向递药等应用中具有更大的优势及应用前景。