青岛大学药学院Adv. Sci.：细胞仿生的全水微流控

近日，青岛大学药学院马庆明博士和孙勇教授、佐治亚理工学院宋阳博士后研究员及香港大学岑浩璋教授（共同通讯作者）联合在著名期刊Advanced Science （影响因子15.804，中科院一区top期刊）发表题为“Cell-inspired All-aqueous Microfluidics: from Liquid-Liquid Phase Separation towards Advanced Biomaterials”的长篇综述，文章第一作者及共同通讯作者为马庆明博士。

图1. 细胞仿生的全水微流控的相关研究，包括细胞内液-液相分离的模拟、细胞仿生生物材料的组装制备和新兴的生物医学应用等。

基于向自然学习的仿生研究为生物材料的设计与创新提供了新的思路和灵感，可以为不同趋待解决的科学技术问题提供启发性的解决方案。近年来，对具有高度结构和功能复杂性的细胞进行模拟的“人工细胞”引起了科学界的巨大兴趣。人工细胞的发展使人们在理解生命起源、深入研究细胞生物学及相关生物技术和生物医学应用等领域获得了可喜的研究成果。但是目前的细胞仿生研究仍留有巨大潜力空间，特别是针对亚细胞水平的细胞内环境的研究，是未来研究发展的重要方向之一。具体而言，生物细胞内环境是异质的，并且充满具有不同组成和性质的不同隔室及无膜细胞器；许多关键的胞内过程，包括生物分子定位、信号传导、DNA折叠包装等都依赖于这些无膜细胞器。这些细胞内隔室结构是通过细胞内不同成分自发的液-液相分离分隔和组装产生的。关于胞内液-液相分离的研究可用作开发新型细胞仿生的生物材料的重要指导方针和设计原则，例如药物和疫苗的智能化递送，生物医学成像和疾病诊断的智能传感器的制备，刺激响应和环境适应型软机器人的设计，以及用于组织工程的受力和伤口愈合的支架的制备等。

基于此，该综述全面详细总结了基于全水微流控的细胞仿生研究及相关新型生物材料的制备及应用。文章首先从大分子聚集及相分离、软动态液体界面及亲和分配与隔室化特异反应等三方面总结了全水微流控与胞内液-液相分离的高度相似性，进而阐述了利用全水微流控作为高生物相容性模板设计并制备新型仿生生物材料的研究进展；在此基础上，详细介绍了制备所得的不同生物材料在生物医学等新兴领域的应用（包括生命活性物质的包封和递送，人造无膜细胞器的制备以及细胞和组织的自组装等）；最后，文章对开发具有创新应用的新型全水微流控和新型细胞仿生生物材料的挑战和前景进行了分析和展望。可以预见在不久的将来，基于全水微流控的细胞仿生技术将提供更多性能优异的生物材料并为多学科基础研究和生物医学应用方面的提供新的机遇。

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Cell-inspired All-aqueous Microfluidics: from Liquid-Liquid Phase Separation towards Advanced Biomaterials

Qingming Ma, Yang Song, Wentao Sun, Jie Cao, Hao Yuan, Xinyu Wang, Yong Sun, Ho Cheung Shum

Adv. Sci., 2020, DOI: 10.1002/advs.201903359