现代生物医学中，与活体器官、动物试验和人体临床试验等医疗辅助测试手段相比，组织器官模型能够反映生物体的组织器官结构形态和生理环境，同时具有成本低、易操作及符合伦理道德的特点，使其在生物医学领域具有显著优势。水凝胶和生物体具有良好的理化性能匹配度以及生物相容性。因此，发展新一代水凝胶基的人体器官模型模拟组织器官生理环境和界面物质交换，在未来生物医学中意义重大。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室王晓龙研究员课题组提出了3D打印热可逆水凝胶模板结合金属离子诱导超分子组装策略，实现了具有内部通道、合适力学性能、梯度结构以及物质交换界面的仿真湿滑水凝胶组织器官模型。该研究成果以 “Growing Hydrogel Organ Mannequins with Interconnected Cavity Structures”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。
图1. 仿真湿滑水凝胶组织器官模型的制备过程
该方案提供了绿色、高效、易于执行的中空水凝胶结构制备方法，能够制备3D组织器官模型，包括血管网络、肺、肝、胃、肠、膀胱、手等生物器官结构。基于不同组织器官的模量差异以及梯度结构特点，通过超分子层层组装构筑了具有梯度结构的水凝胶组织器官模型。
图2. 仿真湿滑水凝胶组织器官模型
体外模拟测试表明，与传统的硅胶基和树脂基血管模型相比，水凝胶血管模型在用于模拟导丝介入过程中提供了优异的水润滑性能，更加接近真实的血管生理环境，具有更低的摩擦系数和更稳定的摩擦行为。另外，水凝胶消化系统模型可用于模拟体外可控药物释放过程。
图3. 水凝胶血管复制品用于模拟导丝介入和消化系统模拟药物释放
该研究工作为发展新一代仿真湿滑水凝胶组织器官模型提供了新的设计思路。同时，在体外生物医学培训、药理学评价以及医疗器械测试等方面具有潜在的应用前景。
兰州化物所蒋盼特别研究助理为该论文第一作者，王晓龙研究员和周峰研究员为通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划和甘肃省重点研发项目的支持。（来源：中国科学院兰州化学物理研究所）
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202108845
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