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在微米尺度的积木中引入磁性特性是一种对不同系统进行外部控制的方法，可能用于微流体的微执行器、软机器人、植入物开发以及组织工程的自组装。在组织工程和再生医学领域，越来越多的人关注在3D支架内培养细胞，以刺激和引导细胞单向生长。许多不同的功能组织需要单向的细胞结构来维持它们的功能，例如用于心脏跳动的心脏细胞、用于增强或减少摩擦的软骨以及用于轴突生长的神经细胞。来自亚琛工业大学的学者表明，微凝胶在静态外磁场中的排列角度可以预先编程，从而扩大了它们的适用性，使其可以人工组装成特定的结构。本研究采用模内聚合法制备了磁性棒状聚乙二醇微凝胶。作为响应性填充物集成的椭圆形磁铁矿纳米颗粒在棒材制造过程中与微凝胶的长轴平行或垂直于弱磁场预对准，以实现对其磁取向的额外控制，并允许其精确操作和致动。本研究讨论了微凝胶对静磁场和旋转磁场的磁响应，取决于不同的工艺和设计参数，如磁场强度、角频率和预对准。最后，通过在Anisogels内生长三维的小鼠成纤维细胞，即含有平行和垂直取向的杆的混合物的水凝胶，突出了该方法在组织工程中的适用性，标志着向组织工程的更先进的功能细胞模板迈出了新的一步。相关文章以“Pre-Programmed Rod-Shaped Microgels to Create Multi-Directional
Anisogels for 3D Tissue Engineering”标题发表在Advanced Functional
Materials。https:///10.1002/adfm.202202430 
图1.利用不同的椭圆形纳米颗粒的不同预取向方式通过印刷制备磁性棒状复合微凝胶。第一步，成型：将照片中央显示的微米级空腔的PDMS模具用含有聚乙二醇二乙醇胺、磁铁矿纳米颗粒和光引发剂的分散体浇注。第二步，紫外光固化：在没有或存在均匀磁场的情况下，通过平行或垂直于棒长轴的Halbach阵列，用UV固化分散体。第三步，收获：在预取向条件下，收获固化后的复合微凝胶棒后得到三个不同的系统：无Feld微凝胶、平行和垂直预编程微凝胶。图2.在A,B) 1 mT和C,D) 10 mT的均匀磁场下干燥的椭球状磁赤铁矿纳米颗粒水分散体的SEM显微图。E-J)含有椭球状磁赤铁矿纳米颗粒的微凝胶棒的SEM显微图。图 3.A–C）磁性微凝胶棒在68 mT的静态水平磁性长径下的排列。纳米颗粒的预对准决定了棒的取向。如果没有预对准，就没有统一的方向。D)磁场实验的实验装置，包括一个配有装有哈尔巴赫阵列的旋转台的光场显微镜。E)磁场快速旋转90°后磁微凝胶的弛豫曲线。图4.A)在同步(左)和异步(右)机制下，在不同场旋转频率ωMF(磁场为68 mT)下，利用平行磁性预对准测量微凝胶上的累积角位移。B)同步旋转(红圈)和异步旋转(蓝叉)杆的平均角位移示例图。C)在68 mT时，ω对ωMF(红圈)依赖性的一个示例图。图5.磁棒形微凝胶的平均旋转频率ω确定为B = 6 mT(三角形)，36 mT(圆形)和68 mT(正方形)，磁赤铁矿纳米颗粒的无预对准A)，平行预对准B)和垂直预对准C)的微凝胶如图所示。根据预对准条件，在不同的磁场强度B和旋转频率ωMF下可以观察到不同的旋转状态，即同步(蓝色区域)和异步(黄色区域)状态以及C中额外的“站立”状态，这是由从3-4转开始的与表面(孵化区域)正交的动态重定向造成的。D-I)不同微凝胶的时间步照片。图6.A - D)含有预对齐微凝胶的各向异性凝胶示意图A)平行，B)垂直，C)平行和垂直方向的组合，D)随机分布微凝胶的对照水凝胶。E-H)在上述各向异性凝胶条件下培养4天后小鼠成纤维细胞的共聚焦图像。图7.A)在应用旋转电场(70 mT, 10 rpm) 在4分钟内制备混合各向异性凝胶过程中，微凝胶棒的方向示意图。B)细胞培养后各向异性凝胶的共聚焦显微照片，显示微凝胶在y和z方向排列(红色)和成纤维细胞的定向生长(绿色)。C)在更高放大倍数下记录的50 μm厚堆积的三维重建。对于组织工程而言，在Anisogel内添加具有不同极化的微凝胶混合物，可使静态和动态方向控制在平行和垂直方向上产生对齐而不会相互阻碍。这会导致细胞在两个方向上对齐，并开辟了正交研究不同方向上的多种生化、机械和物理的机会。还有可能选择性地影响共培养中不同细胞类型的生长。更具体地说，静态和动态控制与3D打印相结合，可以为功能性组织工程提供易于原型化结构的复杂支架原型。（文：SSC）
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