从人造眼球到人造海绵体，这种材料有什么神奇的魔力

　　2020年6月华南理工大学施雪涛教授和美国俄克拉荷马大学毛传斌教授在《自然通讯》上发表论文，文中他们构建了一种表面有肝素涂层的3D打印水凝胶支架，将这种水凝胶支架植入海绵体缺损的兔模型中，显示出良好的生物相容性，无免疫排斥反应，支持血管组织向内生长并促进心血管生成以修复缺陷。对修复后海绵体组织的形态、海绵体内压力、弹性和收缩性的评价证明3D打印水凝胶支架不仅成功修复了阴茎缺损并恢复了阴茎勃起和射精功能，恢复了受伤雄兔的生殖能力。
　　雄兔海绵体损伤修复示意图
　　这是首次报道3D打印生物工程支架成功修复海绵体缺陷，恢复勃起和射精功能，使兔子恢复生殖能力。除了修复海绵体组织缺损外，论文中还称这些3d打印支架还有修复其他带血管的组织的潜力，如皮肤、鼻组织和心肌组织。这一研究证实了自然修复海绵体并恢复勃起功能和生殖功能的可能性和未来临床应用的前景。
　　水凝胶材料应用于人造器官的开发已经不是第一次被报道了，早在2017年2月21日，日本东京大学助教酒井崇匡就在《科学》上发表文章，称开发出新型高分子化合物水凝胶，并且有望应用于人工软骨和人工眼球制作。
　　人造眼球
　　人造器官已经不是一个新鲜的话题，如大家熟悉的人造骨骼钛合金材料，它是一种具有生物功能的新型无机金属材料。钛合金材料之所以可以用于替代人体骨骼，钛可以和人骨密切结合，新的骨头可以贴合在钛上，所以钛是最好的人造骨骼材料。那么这里的水凝胶材料又有哪些神奇之处，可以被应用于人造器官的开发呢。
　　人造骨骼钛合金材料
　　何谓水凝胶？
　　或许水凝胶这个名字对大家来说都很陌生，但是提起尿不湿可能人人都知道，尿不湿里的吸水材料就是水凝胶。
　　尿不湿
　　水凝胶是一种网状结构的亲水性聚合物材料。亲水性聚合物链通过交联而形成三维固体，水则充当分散介质。水凝胶材料具有极高的吸水性，其材料质地通常很软且不够强壮。并且水凝胶材料具有极好的生物兼容性和离子传送能力，从而使之有被广泛运用于仿生材料和人造组织等医学领域的潜力。
　　水凝胶吸水结构变化
　　水凝胶材料用途广泛
　　由于兼有柔软性和弹性，水凝胶有着广泛的应用范围，其中之一是作为伤口敷料。被放置在皮肤的创伤处，潮湿的水凝胶能够起到防止伤口干燥、感染，缓解疼痛的作用。水凝胶本身不会黏附在皮肤表面，移除时也不会对皮肤造成二次伤害。基于这种特性，浙江大学医学院二附院欧阳宏伟教授和他的团队设计了一种仿生组织水凝胶粘合剂材料。你可以将其理解为大号创可贴，这种材料可以在几秒内聚合并粘附，在紫外线光激活后牢固地粘合到湿生物组织表面。用该水凝胶进行止血治疗后的猪成功存活了下来。这种不需要缝合即可实现快速止血和密封的材料，有望被运用于外科手术和紧急止血。
　　光诱导合成止血材料流程示意图
　　这几年来我国科学家在水凝胶仿生材料领域做出了很多突破，复旦大学武培怡教授在发明了一种利用3D打印技术制造的人工皮肤，通过刺激响应性水凝胶的体积相变行为将外界刺激转变为电信号，加强水凝胶类仿生皮肤的传感功能，为人造皮肤的研究提供了一种极具潜力的方法。
　　水凝胶类仿生皮肤
　　除了这些，水凝胶材料在仿生材料领域还有很多用途，如可用于骨组织工程的多孔水凝胶，具有抗菌和血管生成特性的可注射自我修复水凝胶，可适用于大脑表面的水凝胶有机硬膜下电极等等。
　　具有抗菌和血管生成特性的可注射自我修复水凝胶
　　目前所有的应用都处在实验室阶段，相信不同类型的新型水凝胶投入实际应用的那一天，水凝胶和弹性体各自的神奇物理化学特性，让混合材料具有更加丰富的应用。这些以水凝胶为基础开发而来的仿生材料，为人类探索和最终解决生理难题打下了坚定的基础。