鐵和鈣等金屬在人體中起著至關(guān)重要的作用，因此生物工程師愿意將它們整合到柔軟，可拉伸的材料中以修復(fù)皮膚，血管，肺和其他組織也就不足為奇了。

設(shè)計彈性體(一種具有橡膠般性能的聚合物)是一項費力的過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品通用性有限。但是康奈爾大學(xué)的工程師們開發(fā)了一個新的框架，該框架使彈性體的設(shè)計成為模塊化過程，從而允許將不同金屬與單一聚合物混合和匹配。

該框架在9月22日于Advanced Materials上發(fā)表的“可生物降解的彈性體的螯合交聯(lián)”中有詳細介紹。

康奈爾大學(xué)生物鑄造實驗室的研究人員試圖創(chuàng)建一種有彈性的血管移植物以使用銅來幫助修復(fù)心臟組織時，構(gòu)想了該框架。Meinig生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院McAdam家庭基金會心臟輔助技術(shù)教授Wang Yadong和博士后研究員Chen Ying希望將銅結(jié)合到他們的移植物中，因為銅在誘導(dǎo)血管生成中發(fā)揮了作用，新血管是從現(xiàn)有血管生長的過程那些。

將銅和其他金屬離子與聚合物混合仍然是化學(xué)領(lǐng)域的利基領(lǐng)域，因此，Chen沒有遵循的藍圖。相反，她著手從頭開始設(shè)計一種生物相容性和可生物降解的彈性體。

Wang的主要突破是使用螯合配體將她的聚合物與銅離子交聯(lián)，這種分子通過兩個或多個鍵緊密結(jié)合金屬離子，“就像螃蟹的爪子如何捏住物體。” 盡管螯合鍵在化學(xué)上被認為具有中等強度，但彈性體具有許多交聯(lián)分子，因此許多螯合配體可以一起形成一個堅固的分子。

而且，由于一種配體可以結(jié)合多種金屬離子，因此可以產(chǎn)生廣泛的機械性能(例如剛度和韌性)以及生物醫(yī)學(xué)特性。例如，聚合物的銅離子可以用鋅代替，或者可以使用銅和鋅的組合-這種串聯(lián)存在于抵抗人類衰老的重要酶中。

陳說：“這一發(fā)現(xiàn)非常令人興奮。” “我只是想繼續(xù)使用銅彈性體，因為我專注于組織工程，但是王教授說，'放慢腳步，我們需要測試該平臺的功能強大以及我們可以使用它做什么。'”

作為概念證明，Chen使用一種聚合物和六種不同的金屬設(shè)計了六種獨特的彈性體，然后使用鈣鎂混合物制成了第七種彈性體。這是任何人第一次展示出可生物降解的金屬離性體，更不用說其中的七個。

“當穎向我展示她的所作所為時，我說，'這種材料真是太神奇了，'”王說。“使用這種簡單的設(shè)計，您可以做很多事情。使用多種不同類型的金屬離子，一種聚合物可以變成八種，九種，十種不同的彈性體。”

該研究小組還對其彈性體進行了機械和生物相容性實驗，測試了該材料的應(yīng)力，應(yīng)變和與活組織一起使用的能力。彈性體的耐久性和生物相容性與醫(yī)學(xué)上使用的更多傳統(tǒng)生物材料相匹配。

陳說：“銅材料非常有彈性。” “它可以拉伸至少數(shù)百次而不會破裂。”

現(xiàn)在該平臺已經(jīng)發(fā)布，Chen正在將她的研究重點放在銅彈性體移植物及其修復(fù)血管和心臟組織的能力上。同時，她希望其他工程師將使用她的平臺來創(chuàng)建新材料，以改善軟組織的重建和再生。

Wang也抱有同樣的希望，并表示該框架的可能應(yīng)用不僅限于血管和其他組織，還可能用于工業(yè)彈性體，例如可生物降解的環(huán)保輪胎。

他說：“我們只是在摸摸表面。”

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