工程团队开发多功能模拟肌腱水凝胶

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，具有出色的机械强度和耐久性。它们的机械性能源于复杂的微尺度结构，其中包括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错。

在过去的几十年里，研究人员一直在尝试使用合成水凝胶来复制天然水凝胶的结构和特性。水凝胶是一类富含水的材料，涉及聚合物网络肌腱．这仍然很困难，因为人工合成的水凝胶通常很脆弱。解决这种不匹配将使组织修复、生物医学机器人、植入式设备和许多其他技术的关键应用成为可能。

由香港大学工程学院机械工程系徐立志博士领导的研究小组开发了一种新型的模拟肌腱水凝胶有突出机械性能与天然肌腱相匹配，结合生物医学应用的多功能。

这项研究发表在科学的进步在一篇名为“多功能肌腱模拟水凝胶”的文章中。这项研究也刊登在自然作为研究重点。

在这项研究中，芳纶纳米纤维来源于凯夫拉纤维高分子材料用于防弹背心和头盔，与聚乙烯醇(另一种合成聚合物)混合，用于制造模拟肌腱的水凝胶。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排列，形成模拟天然肌腱结构特征的各向异性网络。

刚性纳米纤维和柔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。该水凝胶由60%的水组成，而杨氏模量为~1 GPa，强度为~80 MPa，优于其他合成水凝胶的数量级。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。

“我们为先进的生物医学应用开发了一个仿生材料平台。“这些材料的构建块捕获了天然肌腱的许多结构特征，从而获得了其他合成水凝胶无法获得的惊人特性，”徐博士补充说，“这些水凝胶不仅具有机械强度，而且具有生物活性分子和软电子传感器的功能，为人类提供了关键能力。组织修复以及植入式医疗设备。”