官方网站-首页

从1月29日上映至(zhì)今(jīn)，《哪(nǎ)吒(zhā)2》热(rè)度(dù)依(yī)旧(jiù)，其(qí)中，太乙真(zhēn)人(rén)用(yòng)藕(ǒu)粉(fěn)给(gěi)哪(nǎ)吒(zhā)和(hé)敖(áo)丙(bǐng)重(zhòng)塑(sù)肉(ròu)身(shēn)的(de)情(qíng)节(jié)可(kě)以(yǐ)说(shuō)是(shì)电(diàn)影(yǐng)的(de)关键情(qíng)节(jié)之(zhī)一(yī)。

图(tú)源(yuán)：《哪(nǎ)吒(zhā)之(zhī)魔(mó)童(tóng)闹(nào)海(hǎi)》

不(bù)过(guò)，你(nǐ)能(néng)想(xiǎng)到(dào)吗(ma)？这(zhè)种看似只能在神话中才能出现的奇迹，已经照进了现实。

武汉轻工大学科研团队潜心研究莲藕十余载，终于做到了“用藕重塑肉身”——利用藕纤维帮助骨骼修复。一起来看看，这是怎么做到的吧~

01、藕纤维修复骨骼的奥秘：自然降解的仿生骨架

近日，武汉轻工大学团队以藕纤维为原料，根据患者的骨损伤情况，利用高精度3D打印技术(shù)，实(shí)现(xiàn)了(le)骨(gǔ)支(zhī)架(jià)的(de)特(tè)异(yì)性(xìng)定(dìng)制(zhì)。

这(zhè)些(xiē)定(dìng)制(zhì)化(huà)的(de)骨(gǔ)支(zhī)架(jià)不(bù)仅(jǐn)孔(kǒng)隙(xì)率(lǜ)和(hé)力(lì)学(xué)强(qiáng)度(dù)高(gāo)，而(ér)且(qiě)孔(kǒng)隙(xì)的(de)大(dà)小(xiǎo)、密(mì)度(dù)均(jūn)可(kě)以(yǐ)根(gēn)据(jù)患(huàn)者(zhě)的(de)具(jù)体(tǐ)情(qíng)况(kuàng)进(jìn)行(xíng)调(diào)整(zhěng)，植(zhí)入(rù)人(rén)体(tǐ)后(hòu)可(kě)以(yǐ)有(yǒu)效(xiào)促(cù)进(jìn)骨(gǔ)细(xì)胞(bāo)增(zēng)殖(zhí)，加(jiā)快(kuài)损(sǔn)伤(shāng)骨(gǔ)组(zǔ)织(zhī)的(de)自(zì)我(wǒ)修(xiū)复(fù)。

藕(ǒu)纤(xiān)维(wéi)骨(gǔ)支(zhī)架(jià)制(zhì)备(bèi)流(liú)程(chéng)

图(tú)源(yuán)：长(zhǎng)江(jiāng)云(yún)新(xīn)闻(wén)

其(qí)实(shí)，这(zhè)种(zhǒng)藕(ǒu)纤(xiān)维(wéi)骨(gǔ)支(zhī)架(jià)的(de)修(xiū)复(fù)机(jī)制(zhì)，主要(yào)包(bāo)含(hán)了(le)两(liǎng)大(dà)核(hé)心(xīn)：结(jié)构(gòu)仿(fǎng)生(shēng)和(hé)动(dòng)态(tài)降(jiàng)解(jiě)。

1、 结(jié)构(gòu)仿(fǎng)生(shēng)

藕(ǒu)纤(xiān)维(wéi)的(de)多(duō)孔(kǒng)结(jié)构(gòu)与(yǔ)人(rén)体(tǐ)骨(gǔ)组(zǔ)织(zhī)微(wēi)环(huán)境(jìng)的(de)契(qì)合(hé)度(dù)达(dá)到(dào)90%，这(zhè)种(zhǒng)仿(fǎng)生(shēng)结(jié)构(gòu)不(bù)仅(jǐn)为(wèi)骨(gǔ)细(xì)胞(bāo)提(tí)供(gōng)了(le)攀(pān)附(fù)生(shēng)长(zhǎng)的(de)“脚(jiǎo)手(shǒu)架(jià)”——骨(gǔ)细胞会沿着定制的藕纤维支架生长，而且支架内部连通的孔道还能促进营养(yǎng)物(wù)质(zhì)运(yùn)输(shū)。在(zài)动(dòng)物(wù)实(shí)验(yàn)中(zhōng)，植(zhí)入(rù)支(zhī)架(jià)的(de)骨(gǔ)折(zhé)部(bù)位(wèi)在(zài)短(duǎn)短(duǎn)8周(zhōu)内(nèi)愈(yù)合(hé)率(lǜ)就(jiù)达(dá)到(dào)了(le)95%，新(xīn)生(shēng)骨骼强度与天(tiān)然(rán)骨(gǔ)相(xiāng)当(dāng)。

藕纤维骨支架修复骨损伤示意图图源：长江云新闻

2、动态降解

藕纤维具有优异的生物相容性，进入人体一定时间后会自然被降解。藕纤维骨支架的降解速率可通过化学改性精确调控（6个月至2年），与骨再生速度同步，这样可以避免传统材料“过早失效”或“长期滞留”的问题，也不需要进行二次手术取出。

02、藕纤维成为骨骼修复“神器”的原因

每年，全球因骨折、骨缺损等骨科疾病接受治疗的患者超过3.5亿人。传统的治疗手段，包括金属钢钉、钛合金(jīn)植(zhí)入(rù)物(wù)等(děng)，虽(suī)然(rán)能(néng)在(zài)一(yī)定程度上缓解患者的痛苦，但也存在明显的缺陷。比如，金属材料植入人体后可能会引发排异反应，导致慢性炎症的发生；这些刚性植入物难以模拟骨骼的弹性，可能会限制关节活动；更令人头疼(téng)的(de)是(shì)，植(zhí)入物在患者痊愈之后，需通过二次手术取出，增加了痛苦和经济负担[1]。

钛合金植入物图源：参考文献[1]

这些问题促使科学家们从(cóng)自(zì)然(rán)界(jiè)中(zhōng)寻(xún)找(zhǎo)更(gèng)加(jiā)理(lǐ)想(xiǎng)的(de)生(shēng)物(wù)材(cái)料(liào)，在(zài)众(zhòng)多(duō)含(hán)有(yǒu)自(zì)然(rán)纤(xiān)维(wéi)的(de)植(zhí)物(wù)中(zhōng)，莲(lián)藕(ǒu)脱(tuō)颖(yǐng)而(ér)出(chū)，主要源于其结构、成分与性质的完美结合。

结构优势：藕纤维(wéi)具有合适孔径的高孔隙微结构，能够在可控降解过程中支持细胞的黏附和迁移，同时具备适当的机械性能。

成分优势：藕纤维含12%-15%纤维素，经纳米化处理后可形成直径30-50nm的纤维束，其表面羟基基团可以吸附钙离子，从而促进(jìn)骨矿化。

力学适配(pèi)：藕纤维的压缩强度（10-15 MPa）与人类松质骨（4-12 MPa）匹配，拉伸延展性达20%，能够模拟骨骼的弹性与韧性[2] 。

藕纤维表面形态及横截面图源：参考文献[2]

03、藕纤维的多维应用图谱

除了骨骼修复，藕纤维凭借着优异的特性在众多领域得到了广泛应用。

在医疗领域，藕纤维可以用于治疗烧伤烫伤，用含银离子涂层的藕纤维敷料，可以使烧伤创面愈合时间缩短至传统纱(shā)布的1/3。此外，藕纤维还能用于神经修复，用直径10-20微米的纤维束可以引导轴突再生，使脊髓损伤患者运动功能恢复提升 2-3个等级。

不仅如此，藕纤维还是一种良好的环保材料，利用农业废弃藕节开发的可降解包装材料，成本仅为塑料的1/5。 这种创新应用不仅可以减少农业废弃物的处理问题，还为环保事业做出了贡献。

在智能传感领域，藕纤维同样展现出了巨大潜力。科学家用直径5微米的藕丝光纤检测胃液pH值及幽门螺杆菌活性，精度可以超越传统传感器[3] 。

藕丝光纤传感示意图图源：参考文献[3]

如今，“藕断丝连”的古老隐喻，在现代科技的诠释下焕发新生。藕纤维骨支架不仅是医学与材料科学领域的(de)突(tū)破(pò)，更(gèng)揭(jiē)示(shì)了(le)自(zì)然(rán)与(yǔ)人(rén)类(lèi)智(zhì)慧(huì)的(de)深(shēn)层(céng)共(gòng)鸣(míng)。正(zhèng)如(rú)研(yán)究(jiū)者(zhě)所(suǒ)言(yán)：“未(wèi)来(lái)的(de)医(yī)学(xué)，或(huò)许(xǔ)就(jiù)藏(cáng)在(zài)祖(zǔ)先(xiān)对(duì)一株莲藕的想象中。”

参考文献

[1]甄珍,王健,奚廷斐,等.3D打印钛金属骨科植入物应用现状[J].中国生物医学工程学报,2019,38(02):240-251.

[2]代天娇,谷豪帅,徐慧岚,等.几种藕丝纤维与苎麻、棉纤维的结构及性能对比[J].上海纺织科技,2021,49(02):6-9.DOI:10.16549/j.cnki.issn.1001-2044.2021.02.002.

[3]Yang, X., Xu, L., Xiong, S., Rao, H., Tan, F., Yan, J., ... & Li, B. Light-Emitting Microfibers from Lotus Root for Eco-Friendly Optical Waveguides and Biosensing.Nano Letters,2023, 24(2), 566-575.

作者：刘诗鑫，复旦大学材料科学系硕士研究生

策划：rain

编辑：小叮当

鸣谢：苏州科技大学材料科学与工程学院 教授 马汝广；上海中医药大学附属普陀医院骨科 主治医师 虞(yú)陆(lù)超(chāo)为(wèi)本(běn)文提(tí)供(gōng)科(kē)学(xué)指(zhǐ)导(dǎo)。

封(fēng)面(miàn)题(tí)图(tú)：《哪(nǎ)吒(zhā)之(zhī)魔(mó)童闹海》

上海市科委科普项目资助（项目编号：24DZ2304000）