多腔室微球（Multi-compartmental microspheres,MCM）由于可以在单个微球中同时携带多种材料因此在生物医学工程和材料科学领域引起了相当大的关注。MCM已被提出应用于多药物释放、细胞共培养、微驱动、多靶点检测等多个领域。目前,已经开发出一些制备MCM的技术,包括溅射沉积技术、乳液法、微流控技术、电喷法等方法。这些方法中,由于微流控技术可以最大程度地控制微球的形态和复杂性被广泛采用。然而,由于在制备微球的过程中不可避免地需要使用油,光引发剂,交联剂,表面活性剂和紫外线辐射等,因此当利用微球装载具有生物活性的生物大分子或细胞时,会影响生物大分子或细胞活性,使这项技术受到严重限制。针对传统微流控技术的瓶颈,我们开创性地提出以气体剪切、无油策略来制备生物基MCM的绿色制备方法。同时采用具有绿色、环境友好、原料可再生以及生物可降解等优良特性生物基高分子材料为原料,利用该方法制备了一系列生物基（主要包括纤维素衍生物）MCM。本研究建立的利用气体剪切策略制备各异向微球的方法,可以成功制备多达十面各异向微球。多面异向微球表现出了超高的生物相容性,不仅能实现多种细胞共培养,还可制备磁性微机器人和防伪编码微球等,不仅在生物医药和材料科学等领域有着重要的应用价值,也为天然生物基多糖的附加价值和高值化利用提供了更多的可能性。主要的研究内容和成果如下:（1）首先,基于气流剪切形成微液滴（气体剪切策略）,建立了一种简单的一步无油策略,用于制备MCM。通过改变针头喷射装置和喷射器装置中的气流,无油气体剪切策略可以轻松地设计、制备得到均质球和两个、四个、甚至六个腔室组成的MCM。通常情况下,微球尺寸可以控制在55-700微米之间,具有很好的单分散性（CV=1.66%）且产量极高。而且,通过增加聚合物溶液的流速,可以轻易扩大微球的生产规模,平均每20秒可制备超过2000个微球。由于不使用油和表面活性剂,气体剪切法具有很好的细胞相容性。此外,该策略具有广谱性,不仅可制备水相聚合物微球,同时也可以制备有机相聚合物微球。（2）为了拓展多面各异向生物基微球在细胞共培养领域的应用,我们在基于气体剪切方法基础上成功构建了八种细胞共培养的模型。首先,对气体剪切策略所制备的微球载体的生物相容性进行了评估,结果显示微球载体具有高度的生物可相容性,在培养7天后,细胞的存活率仍可以达到90%以上。在此基础上,我们成功制备了用于两种、四种、六种甚至八种细胞3D共培养的微球载体。这为研究细胞之间复杂的相互作用奠定了基础。（3）受自然微生物游动的启发,目前所制备的一些人工微/纳米马达已经具备模仿这些特征性自然系统的功能。然而,在大多数微马达的制备过程中不可避免使用有机溶剂、光引发剂、表面活性剂或细胞毒性试剂等,使得微马达的实际应用仍受到不同程度的限制。基于此,我们利用气体剪切策略成功制备了高度可设计的、具有自驱动运动能力的多面异向微球基微马达。制备的微型马达主要由具有高度生物相容性的海藻酸钠组成,并引入磁性纳米粒子和生物催化酶过氧化氢酶作为微马达的驱动力。微型马达的精确运动可以通过改变多面异向微球内的磁性纳米粒子和催化酶的分布来实现。微马达的高度可设计性使得一系列复杂的运动成为可能,例如旋转运动、直线运动和圆周运动等。这证明了使用生物相容性磁性纳米粒子和生物催化酶的微球微马达的双重驱动机制是切实可行的。这种灵活性表明,采用气体剪切法制备的复合微电机可在生物医学中有多种用途。（4）微型条形码已经引起了广泛的关注,特别是其在医学和生物医学领域中用作多重生物检测和防伪等。首先,基于我们提出的气体剪切方法制备十面异向微球,并精确控制每个腔室的特性。进一步,通过使用含有不同荧光纳米粒子组合的预凝胶溶液,可程序化地调整十面各异向微球中每个腔室的颜色。在此过程中,采用三原色（红、绿、蓝）来获得多达七种肉眼可清晰辨别荧光色,从而构成大量编码。同时,在编码中插入了磁性腔室来增加编码微球的可控性,使其能够有效且稳定地进行高通量的信息存储。更重要的是,利用生物相容性良好的海藻酸钠来构建多色微球条形码,有望在食品和医药防伪领域取得突破性的进展。