创新背景

水凝胶微粒有望在生物医学中用于一系列用途，包括修复组织，作为培养细胞的培养皿的微型版本，以及作为输送治疗药物的载体。当它们的形状像碗或空壳时，这些颗粒对于捕获、分离和分析单个细胞或细胞集落特别有用，作为创造基于蛋白质的药物或培养微藻用于可持续生物燃料的过程的一部分。

创新过程

研究人员产生了数百万纳升大小的液滴（一纳升是十亿分之一升），每个液滴都包含水凝胶构建块，使用微流体装置每秒并行滴落数万个液滴。

通常，用于生产成型水凝胶颗粒的微流体装置一次只能操作一个，因为用于制造颗粒的成分不能很好地混合;因此，成分必须以精确的速率一起流动，以正确的比例将它们包含在形成的液滴中。在这项研究中，科学家们能够并行运行数百个微流体装置，因为他们设计了一种将所有成分以正确的比例组合成单一混合溶液的方法。

在形成溶液液滴后，研究人员冷却它们，使组分在液滴内分离出来，然后组装成所需的形状。然后，科学家们通过使用紫外线聚合它们来将这些形状冻结在原位。

创新关键点

在这项研究中，科学家们能够并行运行数百个微流体装置，因为他们设计了一种将所有成分以正确的比例组合成单一混合溶液的方法。

创新价值

有效生产数百万个碗形或空心水凝胶颗粒的能力可以帮助加快一系列学科的科学研究，包括加快开发新药或诊断的步伐，或生产用于生产燃料或营养素的新细胞菌株。

Innovating new ways to make design particles could accelerate drug development

The researchers produced droplets in the size of millions of nanoliters (a nanoliter is a billionth of a liter), each containing hydrogel building blocks, using microfluidic devices to drop tens of thousands of droplets in parallel every second.

Typically, microfluidic devices used to produce molded hydrogel particles can only be operated one at a time because the ingredients used to make the particles do not mix well; As a result, the components must flow together at precise rates to contain them in the right proportions in the formed droplet. In the study, the scientists were able to run hundreds of microfluidic devices in parallel because they devised a way to combine all the components in the right proportions into a single mixed solution.

After forming the solution droplets, the researchers cooled them so that the components separated out within the droplets and then assembled them into the desired shape. The scientists then froze the shapes in place by polymerizing them using ultraviolet light.