香港大学徐立之团队《Sci. Adv.》:仿肌腱多功能水凝胶
2023-02-21 来源:高分子科技
调和天然生物组织和工程材料之间的不匹配是目前先进生物医学设备和组织工程平台发展的关键需求。然而,天然组织表现出许多合成材料难以复制的特征。例如,肌腱具有与柔软生物聚合物交织的平行的胶原纤维分层组织,它们含有约60 wt. %的水,同时拥有GPa级别的超高模量和55-120 MPa的机械强度。肌腱的各向异性结构不仅为肌肉骨骼系统提供了基本的承重能力,而且还通过界面相互作用为细胞的行为提供重要的生物物理环境。近年来大量的研究工作致力于设计具有高结构各向异性的仿肌腱材料。然而这些方法制备出的材料不是模量仍然比天然肌腱低几个数量级,就是难以模仿承重软组织中的微观结构相互作用从而无法重现天然肌腱的许多力学行为(如应变硬化和粘弹性响应等)。此外,仿肌腱材料的功能化很少被关注,因此限制了其在生物医学应用方面的潜力。
为解决上述问题,香港大学机械工程系徐立之教授团队报道了一种由芳纶纳米纤维复合材料各向异性组装而成的多功能仿肌腱水凝胶。在这些各向异性复合水凝胶(ACHs)中,坚硬的纳米纤维和柔软的聚乙烯醇模拟了肌腱中排列的胶原纤维和蛋白聚糖之间的结构相互作用。该水凝胶具备模量,高强度高断裂韧性,还有许多与天然肌腱相匹配的附加特性。ACHs表面的生物功能化为调控附着细胞的行为提供生物物理线索。此外,通过纳米微加工和转印的方法,可以在ACHs上集成柔性电子器件从而实现各种生理信号的原位传感。ACHs出色的力学性能和功能化表明它们在先进组织工程、植入式义肢、人机交互和其他技术方面有进一步的应用。相关研究成果以标题为 “Multifunctional Tendon-Mimetic Hydrogels” 发表在《Science Advances》上,香港大学机械工程系博士生孙铭泽和李禾耕为共同作者,徐立之教授为本文通讯作者。
图1 ACHs的合成及结构表征
图2
图3
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论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade6973
课题组网页:xulizhi.hku.hk
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(责任编辑:xu)
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