工程团队开发多功能肌腱模拟水凝胶

修复或更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，具有出色的机械强度和耐用性。它们的机械性能源自复杂的微观结构，这些结构涉及平行排列的坚硬胶原原纤维，并与柔软的保水生物聚合物交织在一起。

在过去的几十年里，研究人员一直在尝试使用合成水凝胶(一类包含聚合物网络的富含水的材料)来复制天然肌腱的结构和特性。这仍然很困难，因为合成水凝胶通常很脆弱且易碎。解决这种不匹配将使组织修复、生物医学机器人、可植入设备和许多其他技术中的关键应用成为可能。

香港大学(HKU)工程学院机械工程学系许立志博士领导的研究团队开发出一种新型仿肌腱水凝胶，其具有与天然肌腱相媲美的优异机械性能，结合生物医学应用的多功能性。

该研究发表在《科学进展》杂志上，题为“多功能肌腱模拟水凝胶”。该研究还被Nature列为ResearchHighlight。

在这项研究中，芳纶纳米纤维源自一种用于防弹背心和头盔的聚合物材料凯夫拉尔，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，形成模仿天然肌腱结构特征的各向异性网络。

硬纳米纤维和软聚合物之间的相互作用进一步赋予复合材料高机械韧性。这种水凝胶由60%的水组成，同时显示出约1GPa的优异杨氏模量和约80MPa的强度，优于其他合成水凝胶几个数量级。水凝胶的表面可以进一步功能化，以指导细胞的行为或与软生物电子传感器集成。

“我们开发了一个用于高级生物医学应用的仿生材料平台。材料构建块捕获了天然肌腱的许多结构特征，导致了其他合成水凝胶无法获得的惊人特性，”徐博士说，并补充说“这些水凝胶不仅是机械强度高，但也具有生物活性分子和软电子传感器功能，为组织修复和植入式医疗设备提供关键功能。”

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