仿生手術縫線是指在生物體的結構啟發下研製出的具有仿生結構的新型手術縫線。它具有高韌性、優良的生物相容性和出色的藥物負載能力等優點，對未來外科手術甚至整個醫療衛生領域的發展有重要意義。
基本介紹
背景介紹,簡介,特點,性質,套用,媒體關注,
背景介紹
醫用材料是一類具有高附加值的材料，市面上的高端醫用材料大多依賴進口，價格十分昂貴，因此發展具有自主智慧財產權的國產高端醫用材料迫在眉睫。近期，中國科學技術大學俞書宏院士團隊基於“藕斷絲連”這一自然現象，深入探究了蓮絲纖維的微觀結構與力學性能，並受此啟發研製出了一種可用於手術縫線的仿蓮絲細菌纖維素水凝膠纖維。
簡介
大自然是人類最好的老師，生物界經過長期的進化過程，在自然選擇的作用下形成了許多性能極為出色的結構。如人們耳熟能詳的成語“藕斷絲連”所描述的，蓮絲纖維具有優異的抗斷裂性能，而這種性能正是來自於其內部的螺旋結構。
在這一生物結構的啟發下，中國科學技術大學俞書宏院士團隊研製出了一種新型的仿蓮絲細菌纖維素水凝膠纖維手術縫線。這種手術縫線的主體材料為含水量高、生物相容性好的細菌纖維素水凝膠，同時具有與蓮絲相似的螺旋狀結構。這種螺旋狀結構一方面賦予了細菌纖維素水凝膠與皮膚等軟組織相似的強度和模量，另一方面在納米纖維素間氫鍵網路的斷裂-重整性質的輔助下，通過纖維素變形和局部破壞，賦予了材料出色的可拉伸性和能量耗散性，能夠吸收傷口周圍組織變形中的能量，這些性質使這種水凝膠纖維能夠有效的保護傷口免於破裂。同時細菌纖維素水凝膠也是一種良好的藥物載體，能夠負載促進傷口癒合或其他效果的藥物，因此是一種理想的手術縫線材料。相關研究成果以“Bio-Inspired Lotus-Fiber-like Spiral Hydrogel Bacterial Cellulose Fibers”為題發表在Nano Letters上。該材料相關專利已審核通過並獲得授權。
特點
研究人員將細菌纖維素（BC）水凝膠加工成具有仿蓮絲微米螺旋結構的水凝膠纖維（BHF），該水凝膠纖維兼具較高的強度和韌性，同時具有優異的親水性和生物相容性，此外，仿生螺旋結構還賦予了該材料與人體皮膚相近的彈性模量，在傷口處受力變形時，BHF可有效緩衝並吸收能量，並與人體組織實現同步形變，從而避免割傷傷口造成二次傷害。相對於傳統的棉線或聚合物線，水凝膠纖維縫線具有高生物相容性、高含水量、低刺激性和低摩擦阻力等特點，在保護受損組織，促進傷口癒合以及減少不良反應方面都具有顯著的優勢，因此有希望成為下一代新型高端手術縫線。
與高分子鏈形成的水凝膠不同，具有螺旋結構的BHF是一種由三維納米纖維網路構成的水凝膠，因此具有獨特的力學性能。研究人員沿截面方向對預處理過的BC水凝膠施加恆定的切向力，讓水凝膠的兩側受到相反的切向力，從而發生局部塑性變形，導致水凝膠螺旋扭曲。在BC水凝膠兩側的塑性變形過程中，纖維素納米纖維三維網路中的氫鍵被切向力破壞，三維網路產生滑動和變形。撤除切向力後，納米纖維之間的氫鍵發生重組，纖維的螺旋結構被固定，由此製得了具有仿生螺旋結構的高性能細菌纖維素水凝膠纖維。因具有這種仿生螺旋結構，BHF的韌性可以達到約116.3 MJ m，是未處理的BC水凝膠纖維的9倍以上，同時，細菌纖維素水凝膠的三維納米纖維網路使BHF具有超過90 MPa的高強度。其特有的纖維素納米纖維網路和仿生螺旋結構為該材料帶來了獨特的“可拉伸、不回彈”的力學性能，為其在高端手術縫線領域的套用打下了良好的基礎。
性質
1. 優良的力學性質，強度和模量與皮膚等軟組織十分接近，從而可避免外力下傷口撕裂。
2. 高韌性與良好的可拉伸性，韌性可達116.3MJ m-3
3. 能量耗散性，通過螺旋結構的變化與內部氫鍵網路重整，吸收能量避免傷口被撕裂。
4. 高含水量、親水性與出色的生物相容性，含水量可達90%，在體內不會對機體造成危害。
5. 多孔結構與良好的藥物負載能力，能夠負載促進傷口癒合或其他性質的藥物，緩慢釋放持續發揮作用。
套用
BHF同時具有優異的力學性能和生物相容性，是一種非常好的醫用材料，特別是用於外科手術縫合線。與高模量高硬度的商業手術縫線相比，BHF具有與軟組織類似的模量（可通過控制螺旋度調節），其出色的可拉伸性和能量耗散效果使其能夠吸收來自傷口周圍組織變形的能量，且能隨著傷口組織的變形產生一定的變形，有效保護傷口不被縫線二次割傷，因此是一種理想的手術縫合線。另外，納米纖維水凝膠的多孔結構還使BHF能夠吸附抗生素或抗炎藥物等，並持續在傷口處釋放，從而起到抗炎和加速傷口癒合的作用。基於這種仿生設計，BHF有望在更多的醫用材料領域上展現出其獨特的套用潛力。
媒體關注
人民網官網微博以“受“藕斷絲連”啟發！#中國科學家制出新型仿生手術縫線#”為題進行評論，並主持微博話題，報導了中國科學技術大學俞書宏院士團隊基於“藕斷絲連”這一現象，研製出了一種可用於手術縫線的仿蓮絲細菌纖維素水凝膠纖維。該纖維縫線在保護受損組織、促進傷口癒合以及減少不良反應方面都具有顯著的優勢。
科技日報以“受“藕斷絲連”啟發 科學家制出新型仿生手術縫線”和“厲害了！我科學家研發自帶抗炎藥物的仿生手術縫線”為題在多個平台進行專文報導，科技日報的記者1月14日從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊基於“藕斷絲連”這一自然現象，深入探究了蓮絲纖維的微觀結構與力學性能，並受此啟發研製出了一種可用於手術縫線的仿蓮絲細菌纖維素水凝膠纖維。相關研究成果1月5日發表在《納米通信》上。
環球網以“受“藕斷絲連”啟發 科學家制出新型仿生手術縫線”為題進行專文評論。
中國科學院以“受“藕斷絲連”啟發 科學家制出新型仿生手術縫線”為題進行報導，稱基於這種仿生設計，BHF有望在更多的醫用材料領域上展現出其獨特的套用潛力。
中國科學技術大學官網以“中國科大研製新型仿生手術縫線”為題進行專文評論。
