2020年6月華南理工大學施雪濤教授和美國俄克拉荷馬大學毛傳斌教授在《自然·通訊》上發表論文，文中他們構建了一種表面有肝素塗層的3D列印水凝膠支架，將這種水凝膠支架植入海綿體缺損的兔模型中，顯示出良好的生物相容性，無免疫排斥反應，支持血管組織向內生長並促進心血管生成以修復缺陷。對修復後海綿體組織的形態、海綿體內壓力、彈性和收縮性的評價證明3D列印水凝膠支架不僅成功修復了陰莖缺損並恢復了陰莖勃起和射精功能，恢復了受傷雄兔的生殖能力。
雄兔海綿體損傷修復示意圖
這是首次報導3D列印生物工程支架成功修復海綿體缺陷，恢復勃起和射精功能，使兔子恢復生殖能力。除了修復海綿體組織缺損外，論文中還稱這些3d列印支架還有修復其他帶血管的組織的潛力，如皮膚、鼻組織和心肌組織。這一研究證實了自然修復海綿體並恢復勃起功能和生殖功能的可能性和未來臨床應用的前景。
水凝膠材料應用於人造器官的開發已經不是第一次被報導了，早在2017年2月21日，日本東京大學助教酒井崇匡就在《科學》上發表文章，稱開發出新型高分子化合物「水凝膠」，並且有望應用於人工軟骨和人工眼球製作。
」人造眼球「
人造器官已經不是一個新鮮的話題，如大家熟悉的人造骨骼——鈦合金材料，它是一種具有生物功能的新型無機金屬材料。鈦合金材料之所以可以用於替代人體骨骼，鈦可以和人骨密切結合，新的骨頭可以貼合在鈦上，所以鈦是最好的人造骨骼材料。那麼這裡的水凝膠材料又有哪些神奇之處，可以被應用於人造器官的開發呢。
人造骨骼——鈦合金材料
何謂水凝膠？
或許水凝膠這個名字對大家來說都很陌生，但是提起尿不溼可能人人都知道，尿不溼裡的吸水材料就是水凝膠。
尿不溼
水凝膠是一種網狀結構的親水性聚合物材料。親水性聚合物鏈通過交聯而形成三維固體，水則充當分散介質。水凝膠材料具有極高的吸水性，其材料質地通常很軟且不夠強壯。並且水凝膠材料具有極好的生物兼容性和離子傳送能力，從而使之有被廣泛運用於仿生材料和人造組織等醫學領域的潛力。
水凝膠「吸水」結構變化
水凝膠材料用途廣泛
由於兼有柔軟性和彈性，水凝膠有著廣泛的應用範圍，其中之一是作為傷口敷料。被放置在皮膚的創傷處，潮溼的水凝膠能夠起到防止傷口乾燥、感染，緩解疼痛的作用。水凝膠本身不會黏附在皮膚表面，移除時也不會對皮膚造成二次傷害。基於這種特性，浙江大學醫學院二附院歐陽宏偉教授和他的團隊設計了一種仿生組織水凝膠粘合劑材料。你可以將其理解為「大號創可貼」，這種材料可以在幾秒內聚合併粘附，在紫外線光激活後牢固地粘合到溼生物組織表面。用該水凝膠進行止血治療後的豬成功存活了下來。這種不需要縫合即可實現快速止血和密封的材料，有望被運用於外科手術和緊急止血。
光誘導合成止血材料流程示意圖
這幾年來我國科學家在水凝膠仿生材料領域做出了很多突破，復旦大學武培怡教授在發明了一種利用3D列印技術製造的人工皮膚，通過刺激響應性水凝膠的體積相變行為將外界刺激轉變為電信號，加強水凝膠類仿生皮膚的傳感功能，為人造皮膚的研究提供了一種極具潛力的方法。
水凝膠類仿生皮膚
除了這些，水凝膠材料在仿生材料領域還有很多用途，如可用於骨組織工程的多孔水凝膠，具有抗菌和血管生成特性的可注射自我修復水凝膠，可適用於大腦表面的水凝膠有機硬膜下電極等等。
具有抗菌和血管生成特性的可注射自我修復水凝膠
目前所有的應用都處在實驗室階段，相信不同類型的新型水凝膠投入實際應用的那一天，水凝膠和彈性體各自的神奇物理化學特性，讓混合材料具有更加豐富的應用。這些以水凝膠為基礎開發而來的仿生材料，為人類探索和最終解決生理難題打下了堅定的基礎。
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