新型水凝膠材料能實現裝載藥物分子可控釋放

　　上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院分子醫學研究院劉盡堯課題組設計出可以調控其力學性能的復合水凝膠，有望為再生醫學和組織工程領域提供新材料。相關研究成果近日發表于《先進材料》。

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　　據論文的通訊作者劉盡堯介紹，人體中存在許多軟組織，比如軟骨、骨骼肌、角膜和血管等。為適應復雜的體內生理環境，這些組織具有層次有序的復合結構，并表現出高度各向異性的機械強度和性能。水凝膠是一類含水量高的三維網狀材料，具有與軟組織類似的結構。通過分子設計，水凝膠可達到與軟組織接近的力學性能以及良好的生物相容性，這使得該類材料在生物醫藥和組織工程領域得到了廣泛應用。相比傳統的水凝膠材料，各向異性水凝膠在組織工程應用方面具有更大潛力，更能滿足其對材料力學性能的需求。盡管各向異性水凝膠被廣為報道，但截至目前仍然缺乏有效的方法來調控其力學性能，以適應復雜的體內生理環境。

　　為解決該問題，劉盡堯課題組通過借助水凝膠網絡強度之間的競爭，提出一種調控水凝膠力學性能的新機制。基于該方法，水凝膠材料可在彈性、塑性、各向異性以及溶脹性能方面進行調節，并能實現對所裝載藥物分子的可控釋放。

　　劉盡堯團隊設計了由兩種不同網絡結構組成的復合水凝膠。其中一種為共價交聯的聚合物網絡，能為水凝膠帶來良好的彈性。另一種則為具有剪切變稀屬性的納米纖維網絡，能賦予水凝膠優異的塑性。通過調節兩種網絡各自的力學強度，就可以實現水凝膠材料在彈性和塑性之間的轉換。比如，當共價交聯網絡的力學強度高于納米纖維網絡時，該水凝膠表現出良好的彈性。反之，該材料則表現出優異的塑性。在此基礎上，將所得到的塑性水凝膠進一步拉伸，可制備具有高強度和高韌性的各向異性水凝膠。在拉伸過程中，由于納米纖維網絡進行取向排列，使得到的水凝膠材料在平行于纖維的方向具有更高的拉伸和壓縮模量。同時，因為纖維的取向，該水凝膠材料同時還具有各向異性的溶脹行為和藥物釋放速率。這類新型的水凝膠材料有望為再生醫學和組織工程領域提供新材料。