利用人工方法修復或替代受損肌腱或類似軟組織，一直是臨床醫學面臨的重要挑戰。由香港大學（港大）機械工程系助理教授徐立之博士領導的研究團隊，研發出一種新型仿肌腱水凝膠材料，其力學性能媲美天然肌腱，具條件作多功能先進生物醫學應用。研究結果已在《科學進展》（Science Advances）刊登，文章題為「Multifunctional tendon-mimetic hydrogels」。
天然肌腱是一種富含水分且具備結構強韌性的生物組織。其力學特徵來源於複雜的微觀結構，包括平行取向的剛性膠原蛋白纖維和交織其中的柔性親水生物高分子。過去幾十年間，研究人員嘗試利用人工合成的水凝膠——一種富含水分由高分子網絡組成的材料，來模仿天然肌腱的結構和性能。然而，人工合成的水凝膠材料的機械強度較低，容易斷裂，不利於生物醫療應用。
團隊研發的新材料，成分具備天然肌腱的結構特徵，實現了其他水凝膠材料缺乏的優異性能，具潛力應用於人體組織修復、先進生物醫學機械人、可植入人體器件等範疇。
研究團隊把由克維拉衍生而來的芳綸納米纖維（一種常用於防彈衣和頭盔中的高分子材料），混合另一種高分子材料聚乙烯醇，用於建構模仿肌腱的水凝膠材料。在製備過程中，團隊施加拉伸應力，使芳綸納米纖維沿着拉伸方向對齊排列，形成模仿肌腱的各向異性纖維網絡。
剛性的芳綸納米纖維與柔性的聚乙烯醇之間的相互作用，為複合水凝膠帶來了很高的機械韌性。新水凝膠材料具備60%的水分，以及約1GPa的彈性模量和約80MPa的拉伸強度，表現優異遠高於其他合成水凝膠材料數倍甚至數千倍。水凝膠表面可進一步功能化以調控細胞行為，或結合柔性生物電子傳感器，實現仿天然肌腱的功能。
「我們開發了一種具條件作先進生物醫學應用的新型材料。這些材料成分具備天然肌腱的結構特徵，實現了其他水凝膠材料缺乏的優異性能。這種水凝膠材料不僅具有良好的機械強韌性，同時可與生物活性分子和柔性電子傳感器配合作多功能應用，為人體組織修復和植入式醫療器件提供了關鍵功能。」徐立之博士解釋說。
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