研究人员加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院已经开发了一种新型的双管齐下的方法来增强水凝胶的强度，可以用来制造人造肌腱、韧带和软骨。
人工合成的生物材料模仿了自然生物组织的结构、弹性和耐久性，它们的灵活性意味着它们可以以以前无法实现的配置进行3D打印。
加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院材料科学与工程助理教授、该研究的领导者何西敏说:“这项工作显示了一种非常有前途的人造生物材料途径，这种材料即使不比天然生物组织强大，也可以与天然生物组织相媲美。”
制造更强大的水凝胶
水凝胶的内部结构由纵横交错的聚合物或凝胶组成，它们在生物医学应用方面有前景，如替代组织、软机器人和可穿戴电子设备。然而，目前的合成水凝胶还不够坚固和耐用，不足以充分替代负重时需要反复移动和弯曲的组织。
为了解决这个问题，加州大学洛杉矶分校的研究人员开发了一个两阶段的过程，将分子工程和结构工程结合起来，创造出韧性是自然组织10倍的水凝胶。他们选择了一种fda批准的聚乙烯醇材料来制作水凝胶原型。
首先，他们采用了一种叫做“冷冻浇铸”的方法，这是一种凝固过程，可以产生多孔且浓缩的聚合物，与海绵的凝固过程类似。然后，他们应用盐析处理将聚合物链结晶成强纤维。这两个过程的结合在水凝胶中形成了一系列从分子到毫米级的连接结构，使它们更强、更有伸缩性。
为了测试这种新型水凝胶的耐久性，研究人员进行了3万次拉伸测试，在整个测试过程中，这种材料没有任何变质的迹象。
更大的灵活性3D打印
在他们的研究中，加州大学洛杉矶分校的团队获得了新的水凝胶结构，不仅提高了强度，而且具有更大的灵活性。他们认为，这将使3D打印水凝胶成为可能，而这在以前是无法实现的。
研究人员还证明，这种3D打印结构可以通过改变温度、酸度或湿度等方面转变成不同的形状。通过这种方法，水凝胶可以潜在地充当人造肌肉，能够施加巨大的力量，并表现出高回弹性。
由于其增强的强度、耐久性和灵活性，新型水凝胶适合生物医学应用，如人工肌腱、韧带和软骨。不仅如此，它们还可以在手术机器和生物电子学领域显示出前景。
该研究的进一步细节可以在题为“通过冷冻浇铸和盐析的协同作用形成的强韧性水凝胶”发表在《自然》杂志上。本文由Hua M.， Wu S.， Ma Y.， Zhao Y.， Z. Chen, I. Frenkel, J. Strzalka, H.， Zhu X.， X. He合著。
3D打印水凝胶的进展
目前，在3D打印水凝胶领域正在进行大量的研究，科学家们试图使它们更强、更坚韧、更耐用，并日益灵活，以扩大它们的应用范围。
仅在最近几个月，一种新方法3D打印水凝胶成其他聚合物创造复杂混合微结构的技术已经开发出来，而一个由西班牙领导的研究小组已经3D打印出一种水凝胶，能够加速t细胞的产生在癌症患者。在其他地方，科学家们已经着手开发一种3D打印可调谐粘弹性材料的新方法纤维素基水凝胶，为零件提供多向刚度梯度。
最近，来自罗格斯大学创建光敏3D打印人造“肌肉”可以根据需要改变它们的形状和外观。这种机器人装置是基于一种受鱿鱼、章鱼和墨鱼细胞启发的新型水凝胶。
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特色的图像显示增强显微照片显示了由加州大学洛杉矶分校材料科学家开发的人工肌腱材料。图像的真实比例是1厘米宽．通过加州大学洛杉矶分校的形象。
