现代生物医学中，与活体器官、动物模型以及人体临床试验相比，组织器官模型作为一种可复现人体器官复杂解剖结构的物理模型，具有成本低、符合伦理道德、易于操作等优点，在生物医学领域发挥了重要的辅助作用。水凝胶具有与生物体良好的柔韧性、粘弹性以及润湿性等理化性能匹配度。因此，发展新一代的湿滑水凝胶仿生软组织器官模型在未来生物医学中具有重大意义。
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3D打印摩擦器件研究团队提出了一种基于共价交联网络和金属配位网络的双交联网络策略制备刚度可调的弹性水凝胶。研究人员借助数字光处理3D打印技术，实现了各种结构复杂、保真度高、粘弹性可调的湿滑水凝胶软组织器官的一体化成型，且这些组织器官模型具有复杂的内部流体通道和腔体结构、血管化的组织结构、逼真的解剖结构等。
图1. 粘弹性可调湿滑水凝胶仿生软组织器官模型的制备过程
结合光固化3D打印能制造包括大脑、支气管、肺、肝脏、心脏、胃、肾脏、肠等在内的各种水凝胶仿生组织器官模型，这些水凝胶软组织器官模型具有高的结构保真度、结构复杂的腔体结构、可灌注的微通道和异质结构等。此外，这些软组织器官模型具有与人体生物组织相似的粘弹性。
图2. 粘弹性与人体软组织相匹配的湿滑水凝胶组织器官模型
研究人员在弹性水凝胶基质内还制造了各种可调管状拓扑结构的流体多通道网络结构、曲折的仿生多支叉血管网络以及不规则分叉和大小通道的仿生树突状血管网络。
图3. 制造的复杂流体通道网络和仿生多血管网络
体外模拟测试表明，与传统的硅胶和聚氨酯组织器官模型相比，具有复杂曲折脑动脉的湿滑水凝胶组织器官模型为体外模拟导丝介入过程中提供了优异的水润滑性能，具有更加接近天然血管的理化微环境和仿真结构。
图4. 用于模拟体外导丝介入的湿滑水凝胶仿生器官模型
该研究工作为发展新一代的湿滑水凝胶仿生软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、医疗器械测试以及器官芯片等领域具有潜在的应用前景。
该研究成果以“Engineering Tridimensional Hydrogel Tissue and Organ Phantoms with Tunable Springiness”为题发表在Advanced Functional Materials上。兰州化物所博士生刘德胜为该论文第一作者，特别研究助理蒋盼博士、王晓龙研究员、刘维民院士为通讯作者。
以上研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中科院“西部之光”交叉创新团队项目、甘肃省科技计划等项目的支持。
来源：固体润滑国家重点实验室
