微颗粒技术在生物医疗、食品化工等工业领域上有着广泛的应用,但传统微颗粒制备方法普遍存在单分散性差、形态单一等缺点。微流控能够实现对微量液体进行精准控制,具有高通量、试剂消耗小、高度集成等优势,可以解决传统方法在微颗粒制备上的问题,因此本文主要结合海藻酸盐水凝胶和微流控技术进行制备异形凝胶微颗粒的工艺研究。微颗粒基于其包裹作用和异形结构进行单细胞包裹并用于生物打印,有望解决工程器官的细胞定位不精准、外界干扰细胞分化问题,提高细胞打印精度和分化精度。首先,基于阿伦尼乌斯公式和范特霍夫经验规则建立海藻酸钠凝胶化仿真模型,研究了温度、反应物浓度以及反应时间对水凝胶的影响,通过仿真和实验研究发现:温度、反应物浓度和反应时间越大,水凝胶的量越多。凝胶随反应时间增加而增多,但增量随时间增加逐渐降低;在海藻酸钠浓度较高时,钙离子运动主要表现为离子扩散,生成物区域较窄浓度高。而浓度较低时,钙离子主要通过混合以及扩散与海藻酸钠接触,生成物区域宽浓度低。同时对比水油环境中钙离子与海藻酸钠的交联反应,发现在水环境下交联速度远快于油环境,这与水和海藻酸钠的相溶性有较大关系,但油环境反应缓慢更利于控制凝胶生成,而且水凝胶不易脱水而破坏表面微观结构。其次,对微流控中鞘液聚焦、液滴生成以及水油稳定流动进行了基础研究,通过实验与仿真对比发现:鞘液聚焦宽度随鞘液流量增加、样品流量降低而减小,单因素实验和正交实验结果表明流道夹角对于聚焦宽度基本无影响;液滴生成则遵循尺寸随连续相流量增加而变小的一般规律。十字流道出口尺寸减小会导致液滴发生区域出现滞后,液滴的生成速率更高尺寸,生成速率可达1000滴/秒以上,尺寸可减小至10微米左右,同时在仿真结果中压力和流速的变化与未减小尺寸的流道相比提前一个阶段;增加水粘度可以减小水油粘度差,有助于以更小甚至相同的水油流量维持水油在特定流道平稳流动,形成稳定水油分界线。基于海藻酸盐水凝胶的成形研究和微流控基础研究,本文集成并优化了微流控流道,进行了微流控制备异形水凝胶微颗粒的工艺研究,探索表面活性剂、反应物浓度和流量三个工艺参数。研究发现:表面活性剂在维持液滴稳定之余,还导致海藻酸钠聚团而影响流动,常用的表面活性剂浓度在2%～5%;EL-40可替代甘油提高水相粘度,并促进水凝胶去油;交联反应速度需要增大浓度来提高,但是海藻酸钠浓度过高会导致液滴生成不稳定,浓度应该小于1.5%,而钙离子则通过流量控制和油酸溶解氯化钙提高钙离子浓度;根据注射泵参数将水油流量比控制在8:15至3:20之间,在实验中使用水相流量为0.03、0.05和0.08μL/min、油相流量为0.15和0.20μL/min,成功制备出长轴为35-90μm、短轴为20-25μm的棒状凝胶。最后,基于异形水凝胶微颗粒的工艺参数,实验探究了异形微颗粒包裹去离子水。经过光学显微镜和电镜观察,样品可间接观测到空腔存在,表明该工艺参数为进行异形微颗粒包裹细胞、形成胶囊结构提供参考。