哈佛专家创造了生物相容的水凝胶

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  哈佛专家创造了生物相容的水凝胶

  2012年9月6日

  哈佛大学的力学,材料科学和组织工程专家团队创造了一种极其弹性和坚韧的凝胶,可以为人体关节中的受损软骨铺平道路。召唤水凝胶,因为它的主要成分是水,新材料是两种弱凝胶的混合物,它们结合起来创造出更强大的东西。这种新型凝胶不仅可以拉伸至其原始长度的21倍,而且还具有极其坚韧,自我修复和生物相容性 - 一系列有价值的特性,为医学和组织工程开辟了新的机会。材料,性质,在9月6日出版的Nature中描述了一种简单的合成方法。“常规水凝胶非常脆弱 - 想象一下勺子突破果冻”。主要作者,韩国工程与应用科学学院(SEAS)博士后研究员Jeong-Yun Sun解释说。 “但是因为它们是水基的并且是生物相容的,人们希望将它们用于一些非常具有挑战性的应用,例如人造软骨或脊椎盘。对于在这些环境中工作的凝胶,它必须能够在压缩和张力下伸展和伸展而不会断裂。“Sun和他的共同作者由三位教员带领:Zhigang Suo,Allen E.和Marilyn M. Puckett Professor SEAS的机械和材料学士以及哈佛大学Bionano科学技术学院的Kavli学者; Joost J. Vlassak,Gordon McKay材料工程教授和SEAS区域院长;和David J. Mooney,Robert P. Pinkas,SEAS生物工程家庭教授和哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的核心教员。为了创造出坚韧的新型水凝胶,他们将两种常见的聚合物结合在一起。主要成分是聚丙烯酰胺,以其在软性隐形眼镜中的应用而闻名,也可作为在生物实验室中分离DNA片段的电泳凝胶。第二种成分是海藻酸盐,这是一种经常用于增稠食物的海藻提取物。另外,这些凝胶都是相当弱的海藻酸盐,例如,它可以在断裂前伸展到其长度的1.2倍。然而,以8:1的比例组合,两种聚合物形成交联链的复杂网络,彼此增强。这个网络的化学结构允许分子在很大的区域内轻微拉开,而不是让凝胶破裂。相关故事研究家族性原发性远端肾小管酸中毒的国家倡议如何将膜片钳技术用于离子通道研究扩展丸可用于监测胃部条件长达一个月凝胶的藻酸盐部分由聚合物链组成,这些聚合物链彼此形成弱离子键,捕获钙离子(加入水中)。当凝胶被拉伸时,链之间的这些键中的一些键断裂或“解链”。正如研究人员所说 - 释放钙。

   结果,凝胶稍微膨胀,但聚合物链本身保持完整。同时,聚丙烯酰胺链形成网格状结构,与藻酸盐链共价(非常紧密地)结合。因此,如果凝胶在拉伸时获得微小裂缝,聚丙烯酰胺网格有助于在大面积上扩展拉力,拉扯藻酸盐的离子键并将它们解压缩。研究小组表明,即使有一个巨大的裂缝,一个非常大的洞,混合凝胶仍然可以伸展到其初始长度的17倍。重要的是,新的水凝胶是能够在多个段上保持其弹性和韧性。如果凝胶在片段之间有一段时间放松,藻酸盐和钙之间的离子键可以“重新拉链”,研究人员已经证明这个过程可以是通过提高环境温度加速了这一过程。该小组在力学,材料科学和生物工程方面的综合专业知识使该小组能够应用力学的两个概念 - 裂缝桥梁和能量消耗 - 这个凝胶的异常高的拉伸性和韧性,以及恢复,令人兴奋。“索说。 “现在我们已经证明这是可能的,我们可以将它用作进一步研究水凝胶力学的模型系统,并探索各种应用。”“这是非常有希望的,” Suo adds.Beyond人造软骨,研究人员建议新型水凝胶可用于软机器人,光学,人造肌肉,作为伤口的坚韧保护层,或“我们需要高拉伸性和高韧性水凝胶的任何其他地方“来源:哈佛大​​学