新型材料有望修復心臟缺損

    打印玩具、打印食品、打印汽車……隨着智能製造技術更新換代，3D打印正加速融入我們的生產生活。美國科羅拉多大學博爾德分校領導的團隊與賓夕法尼亞大學研究人員合作，日前研發出一種新的3D打印材料。這種材料既有足夠的彈性以承受心臟的持續跳動，又具有足夠的韌性以承受關節的擠壓負荷。它易於塑形以適應患者獨特的需求，並能輕鬆黏附在濕潤的組織上。

    近年來，水凝膠材料已成為製造人造組織、器官和植入物的熱門材料。研究人員指出，水凝膠由高分子聚合物通過物理或者化學交聯構成，是一種具有三維網絡結構的功能型高分子材料。研究團隊日前發表報告稱，新型水凝膠材料在軟骨修復手術中將其注入骨骼小洞，能幫助刺激病人骨髓產生幹細胞，長出新的軟骨。在臨床試驗中，新生軟骨覆蓋率達到百分之八十六，術後疼痛也大大減輕。一般來說，水凝膠具有以下兩共性，即一是結構中含有大量親水基團，故水凝膠含水量高，且能被水溶脹；二是具備良好的調控性，可通過環境因素和改性手段改變交聯網絡的物理化學性質。傳統3D打印水凝膠在拉伸時容易斷裂，在壓力下容易破裂，或因太硬而無法在組織周圍成形。

    如何使3D打印水凝膠材料兼具強度和彈性？研究人員從蠕蟲的複雜相互纏繞中獲得了靈感，蠕蟲即是一類長條狀，軟體無脊椎動物。蠕蟲並不是嚴格的生物學名詞，其中的一些彼此屬於完全不同的物種，包括一些昆蟲的幼蟲、蜈蚣、蚯蚓等。研究團隊的新打印方法被稱為“CLEAR”，其工作原理是將長分子纏繞在3D打印材料中，就像那些相互纏繞在一起的蠕蟲一樣，從而可以生產出既堅固又柔韌的材料。

    當在實驗室中拉伸這些材料並測試其能承載的重量時，研究人員發現這些材料的韌性遠遠超過了用標準3D打印方法打印出來的材料。更令人欣喜的是，它們還能貼合併黏附在動物組織和器官上。研究人員稱，在醫學領域，水凝膠是具有較大開發潛力的材料之一。其三維網絡狀結構，使其在水中可以吸收大量的水分發生溶脹的同時，維持原有的結構。結構決定性質，水凝膠的生物相容性、生物降解性和納米複合性是在醫學領域較為常用的性質。未來這種3D打印材料有望製成修復心臟缺損的“心臟創可貼”，也可用於向器官或軟骨組織遞送再生藥物以抑制椎間盤突出，甚至可用於縫合傷口以避免傳統針線和縫合方式帶來的組織損傷。

    美    子