工程团队开发多功能肌腱模拟水凝胶

2023-04-25 来源: drugdu 159

修复或替换受伤的肌腱或类似的承重组织是临床医学的主要挑战之一。天然肌腱是富含水分的组织，具有卓越的机械强度和耐用性。它们的机械财产来源于复杂的微尺度结构，包括平行排列的硬胶原蛋白原纤维，并与柔软的保水生物聚合物交织。

在过去的几十年里，研究人员一直在尝试使用合成水凝胶，一种涉及聚合物网络的富水材料，来复制天然肌腱的结构和特性。这仍然很困难，因为合成水凝胶一般很脆弱。解决这种不匹配的难题将有助于组织修复、生物医学机器人、植入式设备和许多其他技术的关键应用。

香港大学（HKU）工程学院机械工程系徐丽芝博士领导的一个研究团队开发了一种新型的仿肌腱水凝胶，其具有与生物医学应用中的天然肌腱相匹配的卓越机械特性，并具有多种功能。

这项研究发表在《科学进展》杂志的一篇题为“多功能肌腱模拟水凝胶”的文章中。这项研究也被《自然》杂志列为研究亮点。

在这项研究中，将源自Kevlar（一种用于防弹背心和头盔的聚合物材料）的芳纶纳米纤维与另一种合成聚合物聚乙烯醇混合，用于构建肌腱模拟水凝胶。在制造过程中施加拉伸应力，芳纶纳米纤维根据拉伸方向相互对齐，从而形成模仿天然肌腱结构特征的各向异性网络。

刚性纳米纤维和柔性聚合物之间的相互作用进一步赋予复合材料高的机械韧性。这种水凝胶由60%的水组成，同时表现出约1GPa的优异杨氏模量和约80MPa的强度，比其他合成水凝胶好几个数量级。水凝胶的表面可以进一步官能化，用于指导细胞的行为或与软生物电子传感器集成。

徐博士说：“我们开发了一个用于先进生物医学应用的仿生材料平台。这些材料构建块捕获了天然肌腱的许多结构特征，产生了其他合成水凝胶无法企及的惊人特性。”，补充道，“这些水凝胶不仅具有机械强度，而且还具有生物活性分子和软电子传感器的功能，为组织修复和植入式医疗设备提供了关键能力。”

期刊信息：《科学进展》，《自然》

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