科学家表示，“补丁状”热凝胶显示出下一代生物医学材料的潜力

可以作为液体注射并在体内转化为固体的特殊生物医学材料——称为热凝胶——可以提供一种侵入性较小的药物输送或治疗伤口的方法。研究人员表示，宾夕法尼亚州立大学的科学家们已经为这些材料开发了一种新的设计，可以进一步改善它们的性能，并可能在组织再生中具有特别的应用前景

该团队在《高级功能材料》杂志上报告了他们的发现

热凝胶是一种特殊材料，当被热量触发时，可以从液体转变为凝胶，就像从室温转变为体温一样。虽然这项工作在与细胞系统的pH值和温度相匹配的缓冲溶液中作为概念验证进行了测试，但科学家们表示，这项技术显示出生物医学应用的前景

例如，凝胶可以通过简单的注射引入人体，而不需要手术。但是控制水凝胶的形成方式仍然具有挑战性，并可能导致弱而不稳定的热凝胶

研究人员创造了“斑块状”的基于纳米粒子的热凝胶材料，这意味着它们具有粘性区域，可以在加热时以更可控的方式组装纳米粒子。宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理教授、该研究的主要作者长谷川乌拉拉表示，这改善了机械性能，并可能使科学家能够针对不同的生物医学应用对材料进行微调

“就下一代生物医学材料的发展而言，这是令人兴奋的，”长谷川说。“目前很难控制热凝胶材料在体内的形成方式。这种新方法解决了这一挑战，我们认为它可以对生物材料的发展产生巨大影响。”

生物医学热凝胶材料通常由胶束组成——纳米级的球形结构，可以携带药物或其他药物，并保护它们在我们的体内不会过早分解，以帮助控制它们的释放。胶束的表面在体温下变得粘稠，导致材料聚集或形成宏观的水凝胶材料。但科学家们表示，很难控制它们在形成固体时是如何聚集在一起的

长谷川说：“如果你有一个颗粒，整个表面都是粘性的，它会聚集在一起，基本上会形成一个致密的结构，其中的缺陷会使凝胶变脆。”。“我们的想法是将颗粒作为构建块，并尝试构建更有序的结构。”

他们开发的斑块状胶束有粘性斑点——本质上就像伸出的手臂，为材料提供了连接的地方。贴片可以帮助胶束形成没有缺陷的结构。长谷川说，改变这些粘性斑块的数量可能使科学家能够控制材料的结构，并针对不同的应用调整热凝胶

“你可以想象，如果我们能控制这些手的数量，我们实际上可以控制材料的组装性质，”她说。“我们的工作表明，如果你改变粘性贴片，那么你就可以控制机械性能。”

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Hasegawa说，这种方法可能对软组织重建特别有吸引力，比如在癌症切除手术后。在这些情况下，热凝胶可以作为组织支架，为细胞粘附并形成新的健康组织提供框架。新材料可以定制，以更好地匹配特定的靶向软组织

长谷川说：“如果你想把水凝胶材料植入体内，传统上你需要做手术。”。“但是手术可能会导致感染，治疗疾病的人或老年人可能更难康复。如果我们能注射一种变成凝胶的液体溶液，我们就可以避免手术。”科学家们表示，未来的研究需要测试这些材料在细胞和动物等生物系统中作为软组织替代品/支架的可行性 More information: Binru Han et al, Thermally Induced Gelling Systems Based on Patchy Polymeric Micelles, Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202417544

Journal information: Advanced Functional Materials