科学家指导水凝胶的生长模拟植物和动物组织的结构

时间：2021-07-18 18:52:03 来源：

NTU和CMU的科学家通过类似于真实叶片组织生长的过程创建了叶片状的水凝胶结构。南大和南大

来自新加坡南洋理工大学（NTU新加坡）和卡内基梅隆大学（CMU）的科学家发现了一种引导水凝胶（一种果冻状物质）生长以模仿植物或动物组织结构和形状的方法。

该小组的研究结果发表在今天的《美国国家科学院院刊》上，提出了在组织工程和软机器人等通常使用水凝胶的领域中的新应用。该团队还向CMU和NTU申请了专利。

在自然界中，随着将新的生物质添加到现有结构中，就会形成动植物组织。它们的形状是这些组织的不同部分以不同速率生长的结果。

由CMU科学家Changchang Huang，David Quinn，K。Jimmy Hsia和NTU总统指定的Subra Suresh教授组成的研究小组模仿了自然界中生物组织的这种行为，结果表明，通过控制氧气浓度，人们可以控制和控制生长速度制成所需的复杂3D形状的水凝胶。

研究小组发现，较高的氧气浓度会减慢水凝胶中化学物质的交联，从而抑制该特定区域的生长。

机械约束，例如软线或与凝胶化学结合的玻璃基材，也可以用于控制水凝胶的自组装和形成复杂结构的过程。

这是一个具有波浪形边缘的自组装水凝胶碗。蓝色食用染料溶液保持在碗中，以证明其结构完整性。南大和南大

这种复杂的器官结构对于执行专门的身体功能至关重要。例如，人类的小肠被称为绒毛的微观褶皱覆盖，这会增加肠道的表面积，从而更有效地吸收食物营养。

新技术不同于以前的方法，后者通过添加/打印或减去材料层来创建3D结构。但是，该技术依赖于多孔水凝胶内部单体的连续聚合，类似于有机组织中活细胞的扩增和增殖过程。大多数生物系统都采用连续增长模型，因此模仿这种方法的新技术可能会成为研究人员研究生物系统中生长现象的有力工具。

“对水凝胶的生长和自组装成复杂结构的更大控制，为医疗和机器人领域提供了一系列可能性。组织工程是一个受益的领域，组织工程的目标是替换受损的生物组织，例如膝关节修复或创建人造肝脏。” Subra Suresh教授说，他将于2018年1月1日就任南大主席。

生长受控和结构受控的水凝胶也可用于柔性电子学和软机器人的研究和开发，与传统机器人相比，具有更高的灵活性，并且可以模仿活体生物如何运动并对其周围环境做出反应。

出版物：黄昌进等，“软材料中复杂三维结构的受控分子自组装”，PNAS，2017年； doi：10.1073 / pnas.1717912115

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