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  在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，水凝膠材料因其優(yōu)異的生物相容性和可塑性而備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)水凝膠在實(shí)際應(yīng)用中面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如容易吸附油脂以及血液成分，導(dǎo)致其在植入體內(nèi)后可能引發(fā)血栓等問題。華東師范大學(xué)的張利東教授和周立旻教授研究團(tuán)隊(duì)受自然微生物礦化現(xiàn)象啟發(fā)，成功開發(fā)出一種具有超疏油性能的生物可降解水凝膠中空管，這項(xiàng)創(chuàng)新為醫(yī)療器械領(lǐng)域帶來了新的可能性，或?qū)⒋龠M(jìn)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。該工作以題為“Mimicking natural biomineralization enabling biodegradable and highly lipophobic alginate hydrogels”的論文發(fā)表在《Carbohydrate Polymers 357 (2025) 123438》。文章的共同第一作者為華東師范大學(xué)的博士研究生黃曉文（現(xiàn)為上海交通大學(xué)博士后）和華東師范大學(xué)博士研究生于文文。

圖1 表面疏油性中空水凝膠支架的應(yīng)用。

模仿自然，解鎖微生物礦化奧秘

圖2 水凝膠的生物礦化機(jī)制。

  研究人員從這一自然現(xiàn)象中獲得靈感，巧妙地模仿這一自然現(xiàn)象，利用短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）模擬溶液，誘導(dǎo)海藻酸鹽水凝膠表面發(fā)生生物礦化反應(yīng)，成功在其表面構(gòu)建了一層由碳酸鈣納米顆粒組成的超疏油水合層。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)使得水凝膠表面的油接觸角達(dá)到了162°，遠(yuǎn)高于普通水凝膠材料，實(shí)現(xiàn)了油滴在表面的即時(shí)滾動(dòng)，可以有效防止油脂和血液成分的附著。

生物可降解性，安全無憂

圖3 SA@Ca²⁺@STB 生物礦化水凝膠管的體內(nèi)測(cè)試。

醫(yī)療應(yīng)用前景廣闊

  這種具有超疏油性能的生物可降解水凝膠在醫(yī)療器械領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。例如，在心血管疾病治療中，傳統(tǒng)的血管支架存在血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)，而這種水凝膠管可以作為可降解的血管支架，其超疏油表面能夠有效防止血栓的附著，同時(shí)在完成血管修復(fù)任務(wù)后自然降解，避免了二次手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該水凝膠還可用于制造可吸收的導(dǎo)管等醫(yī)療器械，為患者提供更加安全、有效的治療選擇。

  這一創(chuàng)新成果不僅在材料科學(xué)領(lǐng)域取得了重要突破，更為生物醫(yī)學(xué)工程帶來了新的發(fā)展方向。這種模仿自然生物的原位礦化的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦化層厚度的控制，為設(shè)計(jì)有機(jī)-無機(jī)雜化結(jié)構(gòu)提供了新方法，為功能化礦物的加載提供了全新的視角。該方法可以在常溫常壓條件下進(jìn)行，避免了對(duì)熱敏物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）的破壞，使其可以適用于具有復(fù)合活性成分的藥物遞送聚合物。此外，短小芽孢桿菌作為一種非致病性細(xì)菌，可以進(jìn)一步通過其在材料內(nèi)分泌的胞外多糖或信號(hào)分子來促進(jìn)細(xì)胞對(duì)材料的粘附或調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。