供稿人：赵若森、贺健康 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-11-30
在血管网络中，通过不同血管壁的运输在空间和时间上调节着血液中的化学成分。例如，消化器官周围的毛细血管允许葡萄糖进入，提高血糖浓度。复制这种具有空间异质性的跨壁传输可以使合成流体系统在时空上对流体成分进行编程。然而，由于现有的合成通道壁通常是不透水的，或者由均质材料组成，没有功能异质性，因此仍然具有挑战性。
香港大学Yu Yafeng等人提出了一种受血管网络启发的流体系统该系统可用于空间不同的跨壁运输。通过嵌入式3D打印，弹性、超薄和半透性壁被固定在类似于由骨组织支撑的软组织的固体基质上。流体和壁之间的物理化学反应是局部的，以改变不同区域之间的跨壁分子，调节流体成分。该流体系统可能被用于复制体内生物分子合成，作为药物研发和组织工程的平台。
以阴离子聚丙烯酰胺水溶液和壳聚糖水溶液分别作为印刷基质和油墨，利用嵌入式3D打印技术构建具有自组装软膜壁的通道。打印喷嘴在聚丙烯酰胺基质中将壳聚糖油墨沉积到培养皿底部，类似于用笔在纸上写字，如图1所示。当施加适当浓度的壳聚糖和聚丙烯酰胺时，凝聚体聚集成致密而薄的膜。一旦壁被刺穿，腔内的壳聚糖墨水可以与外部的聚丙烯酰胺基质反应，产生新的复合物来“治愈”壁。通过调整打印参数，可以将打印腔设计成具有不同尺寸的各种结构，并进一步对打印路径进行编程，可以得到不同的腔室结构，包括螺旋状、网格状、树形分支和血管状网络。
图1 具有自组装软膜壁的通道的嵌入式 3D 打印
与血管壁类似，打印通道的壁具有选择性渗透性。通道壁可以阻止各种可能的污染物进入通道，如漂浮或悬浮的固体、微生物，甚至病毒。通过定位特定分子的跨壁运输，可以对通道内的液体成分进行时空调节，如图2所示。去除打印基质并将通道暴露在空气中后，可以将几微升的溶液直接沉积在通道壁上。因此，溶质分子在放置的液滴和内部液体之间局部交换，改变下游液体的组成。
图2 通过定位特定分子的跨壁运输来对流体成分进行时空调节
该研究介绍了一种具有软组织样膜壁的血管网络启发流体系统。该流体系统通道具有空间功能化功能，能够以时空方式调节流体成分，扩大了在自然界中复制生物流体处理的机会，提供了传统流体的替代方案。