陈根：水凝胶，对生物医学有多重要？

文/陈根

水凝胶（Hydrogel），作为一类极为亲水的三维网络结构凝胶，能够在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。当前，水凝胶已经成为生物医学的一项重要材料被重视和看好，尤其是在组织工程，药物输送和生物学研究里。

目前，合成水凝胶已通过电纺丝、挤压、复合、冷冻铸造、自组装和机械拉伸等方法制备的，以提高其力学性能。然而，与肌腱相比，许多具有相同高含水量的水凝胶并不表现出高强度、韧性或抗疲劳性。

这是因为肌肉、软骨和肌腱等软支撑组织表现出高弹性、高韧性和回复速度快的机械性能。但这些机械性能却很难同时合成。

究其原因，是由于具有高强度和高韧性的水凝胶要求交联剂的解离速度慢和应力下活性势磊高，而水凝胶的快速回复性能则要求交联剂是动态的，且解离和缔合速率快。这种矛盾使得很难合成同时具有高强度、高韧性和快速回复的水凝胶。

去年，南京大学和浙江大学的研究人员一方面利用金属配合物具有快速的结合和解离速率，另一方面利用串联结合位点，形成协同作用，提高金属配合物的稳定性，获得具有强度高，韧性好和回复速率快的杂化网络水凝胶。

现在，加州大学洛杉矶分校贺曦敏教授等人采用了以前并未使用过的分子和结构工程方法的组合，即使用冷冻辅助盐析处理产生多长度尺度的分层水凝胶结构的策略来制备水凝胶。

这种新方法来制备出的合成生物材料可以模仿肌腱和其他生物组织的内部结构、拉伸性、强度和耐久性。此外，这些水凝胶可用于制备比天然组织还要坚韧10倍的人造腱、韧带和软骨。

水凝胶作为一种热门材料，对于生物医学意义重大，未来或将有更多突破性的水凝胶研究进展，这也将同时促进生物医学的发展。