这篇论文的研究内容由德国亚琛工业大学的Matthias Wessling及其团队完成，研究成果发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。研究的核心是开发和表征用于微流体芯片的自由形状水凝胶膜，旨在提高膜的性能和应用范围，尤其是在细胞培养等生物医学领域。
近年来，微流体技术在生物医学、化学分析和材料科学等领域的应用日益广泛。微流体芯片的设计和制造需要高性能的膜材料，以实现有效的物质传输和细胞培养。传统的膜材料往往存在接合强度不足、稳定性差和生物相容性差等问题。因此，开发一种具有优良性能的水凝胶膜，能够在微流体环境中稳定工作，是该研究的主要目标。
研究团队采用了光聚合技术和硫醇-烯点击化学反应相结合的方法，制备了不同形状和结构的水凝胶膜。具体步骤包括膜材料的选择与制备，研究中使用了聚乙烯醇二丙烯酸酯（PEGDA）和羟基乙基丙烯酸酯（HEA）作为主要单体，通过光聚合反应在微流体通道内形成膜。研究还探讨了不同单体浓度对膜性能的影响。通过在PDMS（聚二甲基硅氧烷）表面涂覆含有硫醇基团的功能性涂层，增强膜与微流体通道之间的结合强度。研究表明，MTS/TEOS涂层显著提高了膜的耐压性和稳定性。
研究结果显示，所制备的水凝胶膜在不同的溶剂和单体浓度下表现出不同的膨胀能力和扩散特性。具体而言，PEGDA-575（H₂O）和1:1 PEGDA-575/HEA（H₂O）膜的膨胀能力最高，表明水作为溶剂有助于形成多孔材料。
膜对罗丹明B和FITC-BSA的扩散系数表明，膜的结构具有较高的渗透性，且与文献中溶液中的扩散系数相符。不同形状的膜（如直线、正弦波和曲折形状）对物质传输的影响显著，研究发现正弦波形状的膜在渗透性方面优于曲折形状的膜。
尽管研究取得了一定的进展，但在膜的稳定性和生物相容性方面仍面临挑战。具体包括膜的长期稳定性：在水中存放超过两周的水凝胶膜显示出降解迹象，影响了其在长期实验中的应用；生物相容性：虽然所用材料具有一定的生物相容性，但在细胞培养应用中，膜与细胞的相互作用仍需进一步研究，以确保细胞的生长和功能。
该研究为微流体技术中的膜材料开发提供了新的思路和方法。未来的研究方向可能包括材料的改进与优化，通过引入其他生物相容性材料或改性现有材料，进一步提高膜的性能和稳定性；应用扩展，探索水凝胶膜在其他微流体应用中的潜力，如药物输送、细胞分离和生物传感器等；机制研究，深入研究膜材料与生物分子之间的相互作用机制，以优化膜的设计和功能。
在研究过程中，团队还使用了Nanoscribe的设备Photonic Professional GT2进行微流体通道的制造。Nanoscribe是一种高精度的3D打印技术，能够在微米和纳米尺度上进行复杂结构的打印。这种技术的应用使得研究团队能够在微流体芯片中实现更高的设计灵活性和精确度，从而更好地控制膜的形状和位置。通过结合Nanoscribe的设备，研究人员能够在微流体通道内实现膜的自由形状制造，进一步推动了微流体技术的发展。
其团队的研究为微流体芯片中的水凝胶膜开发提供了重要的理论基础和实验数据。通过优化膜的材料和结构，未来有望在生物医学和其他领域实现更广泛的应用。研究的成功不仅展示了新型水凝胶膜在微流体技术中的潜力，也为未来的研究提供了新的方向和思路。
相关文献及图片出处
https://doi.org/10.1002/admt.202201857