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改善的水凝胶可以使人工肌腱制成

06 Apr 2021 IsabelleDumé.
artificial tendon material

含有超过70%水的强烈,灵活且坚韧的水凝胶可用于制造耐用的人工肌腱和其他承载的生物组织。新水凝胶是由加州大学洛杉矶,美国的研究人员制造的,并基于聚乙烯醇(PVA) - 由美国食品和药物管理局批准的一些生物医学应用的材料。

由于一系列连接的分层结构,生物肌腱也超过70%的水,但它们保持强烈且艰难,从纳米到毫米到毫米的长度秤。研究人员一直试图使用水凝胶模仿这些材料,其是可以容纳大量水的三维聚合物网络并且在结构上类似于生物组织。问题是到目前为止,含有与天然肌腱一样多的水的水凝胶往往不会像生物对应物那样强烈,坚韧或抵抗疲劳。

腌制冻铸结构

在他们的工作中,一个团队领导的球队 ximin他 UCLA的 Samueli工程学院 通过冻铸,或凝固,PVA产生蜂窝状多孔聚合物结构。该材料中的孔的微米尺寸壁相对于彼此对齐,并用于增加局部区域中PVA的浓度。

然后研究人员将聚合物浸入盐溶液中(“盐洗”)以沉淀出来并将聚合物的链结晶到孔壁的表面上形成的强螺纹或原纤维。这种现象称为HofMeister效应。

各向异性结构的分层组装

所得水凝胶的水含量在70至95%之间。与天然肌腱一样,它们含有从分子尺寸高达几毫米的跨越长度的各向异性结构的分层组装。

他和同事在实验中测试了各种盐离子,发现柠檬酸钠是最佳的盐析PVA。当他们使用机械测试仪测量所得水凝胶的应力 - 应变特征时,它们发现它具有23.5±2.7兆帕斯卡的最终应力,应变水平为2900±450%,每个立方米为210±13兆焦耳的韧性,每平方米170±8公斤的骨折能量,疲劳门槛为每平方米10.5±1.3千千钟。研究人员称,这些机械性质类似于天然肌腱。他们还注意到他们的水凝胶在30 000次拉伸循环后没有显示出劣化的迹象。

复制其他软组织

由于HofMeisters效果存在于各种聚合物和溶剂系统,因此他说这项工作中使用的技术,详细说明 自然, 也可以应用于其他材料。因此,可以使用基于水凝胶的结构来复制人体中的其他软组织,而不仅仅是肌腱。

除了制造这些其他组织中,水凝胶可用于在必须在许多循环中运行的生物电体化器件中使用。该结构也可用作植入或可穿戴医疗器械的涂层,以改善其适合,舒适性和长期性能。

研究人员的长期野心是使用新的水凝胶不仅模仿承载含量的组织,而且是功能器官。 “这可以通过将3D印刷和组织工程与我们开发的水凝胶相结合来实现的,”研究铅作者 umian hua.物理世界.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者