苏黎世联邦理工学院的研究团队近期开发出一种新型水凝胶材料，旨在用于未来的骨植入物，以更好地适配人体骨骼的生物复杂性。该研究成果已发表在《先进材料》杂志上。

骨骼包含无数微小的隧道和空腔，这些结构对其强度和功能至关重要。苏黎世联邦理工学院生物材料工程教授秦晓华表示：“为了实现有效的愈合，生物学因素必须参与到修复过程中。”成功的骨骼修复需要多种细胞首先迁移到植入物中，然后协同作用构建新的组织。

为适应这种复杂性，秦教授与该校拉尔夫·穆勒教授合作，开发了这种质地类似果冻的水凝胶。该材料会在体内逐渐溶解，未来有望实现为患者量身定制的植入物。

该材料的设计灵感来源于人体自然愈合过程。骨骼刚骨折时，身体会先形成柔软且透气的血肿，作为临时支架允许细胞进入并输送营养，之后再逐渐转化为坚硬骨骼。新水凝胶旨在模拟这一早期愈合阶段，由97%的水和3%的生物相容性聚合物组成。为控制其硬化时间和位置，研究人员添加了两种特殊分子：一种连接聚合物链，另一种在光照下触发固化过程。

博士生邱婉婉专门研发了这种连接分子。她说：“它能够快速构建亚微米级的水凝胶结构。”当特定波长的激光脉冲照射材料时，聚合物链会立即结合并形成固体结构。利用这项技术，团队可以制造出小至500纳米的结构。秦教授说：“水凝胶质地类似果冻，因此难以成型。凭借我们新开发的连接分子，我们现在不仅可以稳定且极其精细地构建水凝胶结构，还能以高达每秒400毫米的写入速度进行生产。”

在实验中，研究人员以医学影像为指导，重建了赋予骨骼内部强度的精细骨小梁结构。天然骨骼中充满液体的通道网络密度极高，秦教授指出：“一块骰子大小的骨头就包含着74公里长的隧道。”

目前该材料仅在实验室进行了评估。试管研究中，成骨细胞迅速迁移到结构化水凝胶中，并开始产生胶原蛋白——骨骼的关键组成部分。该基础材料已获得专利，研究团队计划提供给医疗器械制造商。团队正与达沃斯AO研究所合作筹备动物实验，以检验该材料在活体内的效果。

出版详情：作者：邱婉婉、Margherita Bernero、Muja Emilie Ye、杨贤军、Philipp Fisch、Ralph Müller、秦晓华，标题：“水溶性PVA大分子硫醇可实现以400 mm s−1速度双光子微加工细胞相互作用水凝胶结构”，发表于：《先进材料》(2026)。期刊信息：《先进材料》