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  近日，上海交通大學分子醫學研究院劉盡堯研究員團隊聯合上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院眼科龐燕課題組在國際權威學術期刊Nature Communications發表題為“Swelling-strengthening hydrogels by embedding with deformable nanobarriers”的研究論文，為再生醫學提供新型水凝膠材料。

  作為最類似于生物組織的高分子材料，水凝膠在生物醫學領域有著不可替代的優勢，但水凝膠溶脹致使力學性能大幅下降的問題，極大地限制了其在潮濕及體內環境中的實際應用。已有的策略均是通過嚴謹的結構設計或表面調控來抑制溶脹，間接地避免溶脹力學性能下降問題，直面溶脹、解決溶脹后力學性能下降問題的報道目前還沒有。

  為解決該問題，劉盡堯研究員團隊受肌肉充血增強機制啟發，摒棄了提高水凝膠力學性能的傳統方法，在單網絡水凝膠中引入模仿生物膜的脂質體納米屏障、構建成千上萬的納米“隔離島”，并將形成第二網絡的交聯劑預先隔離在其中，僅僅利用溶脹觸發脂質體膜發生跨膜運輸、釋放交聯劑發生高效點擊反應，使水凝膠從單網絡轉變成雙網絡，從而保持水凝膠的力學強度，開發出溶脹增強的水凝膠（圖一）。

圖一 引入模仿生物膜的脂質體納米屏障構建溶脹增強水凝膠

  在該研究中，作者分別在體外和體內驗證了水凝膠的溶脹增強行為。在體外，當溶脹度為25%時，水凝膠的壓縮模量增加了15.6% ± 4.5，甚至當溶脹度繼續增加到75%時，水凝膠也仍能保持其初始機械強度。而在體內，當溶脹度增加到50%時，水凝膠的壓縮模量從16.2 ± 0.5 MPa增加到18.9 ± 0.9 MPa，隨著溶脹度進一步增加到 85%，水凝膠的壓縮模量也比未溶脹的模量高出1.09倍（圖二）。作者認為，通過選擇合適的雙網絡結構，可以實現水凝膠在完全溶脹狀態下依然能保持甚至超過原有的力學強度。

圖二 在大鼠體內驗證溶脹增強水凝膠的力學性能

  該工作不僅直接解決了溶脹后水凝膠力學性能下降問題，也為在體內實現水凝膠各項性能的“自我調控”、進而發展長效、動態水凝膠材料提供了新思路。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18308-9