冷冻设备

水凝胶再创新,又发Science大子刊

发布时间:2025/2/8 13:06:12   
01研究背景协调天然生物组织和工程材料之间的不匹配,代表了先进生物医学设备和组织工程平台发展的关键需求。然而,天然组织表现出许多难以用合成材料复制的特点。例如,肌腱是由排列整齐的胶原纤维与柔软的含水生物聚合物交错组成的分层组织。它们含有约60wt%的水,同时表现出千兆帕级的高模量和55-MPa的强度。肌腱的各向异性结构不仅为肌肉骨骼系统提供了必要的承重能力,而且还提供了重要的生物物理线索,通过界面的相互作用转化为细胞的行为。在过去的十年中,大量的研究工作致力于具有高结构各向异性的仿肌腱材料的工程。例如,拉伸应力被用于聚合物网络的定向,导致水凝胶沿拉伸方向的机械强度增强。多个网络或物理交联被结合到水凝胶,以提高断裂韧性。最近探索了由冷冻和盐析引起的相分离,以产生分层结构,进一步改善水凝胶的力学性能。然而,这些各向异性的水凝胶的模量仍然比天然肌腱的模量低几个数量级,部分原因是亲水聚合物链在水存在下的柔性。加入纤维素或合成聚合物的成束纤维可能赋予水凝胶复合材料高硬度。然而,要控制刚性纤维和软基质之间的相互作用,以模仿承重软组织中的微观结构的相互作用,这是一个挑战。因此,天然肌腱的许多机械行为,如应变硬化和粘弹性反应,仍然难以用纤维增强的水凝胶复制。此外,以前在仿肌腱材料方面的努力大多集中在机械性能的工程方面。对材料的功能化给予了有限的

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