弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）与NMI自然科学与医学研究所的研究人员，近日联合开发出一种新型的多层生物仿生组织替代物。

这项由德国联邦研究与技术部资助、在PolyKARD项目下开展的工作，旨在精准复制天然人体组织的力学与生物学特性。

该材料由三个独立层构成：一层致密的聚氨酯丙烯酸酯聚合物薄膜、一层通过3D打印制备的波浪状超结构，以及利用NMI工艺生产的静电纺胶原蛋白。

其中，3D打印的波浪状超结构被专门设计用于控制复合材料的力学响应。

研究团队采用酶法和非侵入性光谱分析法对胶原纤维进行了严格的质量控制。

此举旨在解决一个长期困扰植入材料开发的挑战：如何再现软生物组织的非线性应力与应变行为。

弗劳恩霍夫IAP的医疗应用3D打印技术专家Hadi Bakhshi博士解释道，他们的拉伸测试显示出与天然心包组织极为相似的应变和强度行为。

“当被拉伸时，波浪结构伸长，使材料保持柔韧性。仅在较高应变下，刚度才会突然增加，” Bakhshi博士与Wolfdietrich Meyer博士共同开发了这种材料及其打印技术。

Wolfdietrich Meyer博士补充说：“通过有意识地结合结构设计和生物材料，我们可以实现非常接近天然组织的力学性能。”

在NMI进行的细胞-材料相互作用研究，进一步证实了该材料的生物相容性，细胞毒性测试也未显示任何不良细胞效应。

利用人类皮肤成纤维细胞和上皮细胞进行的实验表明，其三维纤维网络形态能够支持细胞的黏附和生长。

来自NMI的Hanna Hartmann博士表示：“结果表明，技术材料与生物功能可以被有针对性地设计和结合成仿生材料。”

“这为开发生物混合植入物开辟了新的可能性。因此，我们现在已共同为这种组织替代物申请了专利。”该材料概念未来有望应用于人造血管、覆膜支架、硬脑膜替代物以及人工皮肤等多个医疗领域。

Wolfdietrich Meyer表示：“我们的开发已达到可转化为具体应用的阶段。下一步是与工业伙伴合作，实现具体产品并将其推向成熟的市场应用。”