從蜘蛛吐絲獲啟發 陽明交大開發奈米複合材料水凝膠

阳明交大李明家教授开发奈米复合材料水凝胶，成功列印细胞骨架与人体外耳。图／阳明交大提供

受到蜘蛛吐丝启发，阳明交通大学生物科技系副教授李明家开发出具有自我修复能力的奈米复合材料水凝胶，并成功透过仿生3D列印出螺旋24面体（Gyroid）细胞骨架与人体外耳，成果登上国际知名期刊。未来可让科学家得以仿制类似真实世界中的细胞组织与器官之三维结构与环境，减少动物实验需求。

李明家指出，蜘蛛丝具有高强度和高延展性，结构和功能提供了一个理想的仿生范例。而水凝胶含有大量水分与人体组织相像、并且能够模仿目标组织的天然细胞外基质等特性。因此研究团队开始研究水凝胶如何能模仿蜘蛛丝特性，最后设计了一种奈米复合材料水凝胶，可以提高材料的可拉伸性和自我修复能力。

李明家说，为了开发水凝胶，研究团队模仿蜘蛛丝的成分，利用G-polymer不易结晶的特性，让其在水凝胶系统中透过物理性随机缠绕，增强材料的可拉伸性。此外，研究使用硼酸与G-polymer侧链的-OH基团所形成硼酸酯键，这种化学性动态共价键，能让材料具备自我修复的特性。

李明家表示，研究团队也模仿蜘蛛吐丝过程中的盐析现象，水凝胶成分中的蛋白质分子，在高浓度之无机盐离子溶液会螺旋交缠，进一步强化材料机械性质，在无支撑材料的情况下，成功列印出螺旋24面体细胞骨架与人体外耳，此技术可应用于数位孪生生物3D列印。

阳明交大表示，这项突破性的研究成果已登上国际知名期刊Biomacromolecules创刊25周年的封面，标志着在生医材料与3D列印技术领域的重大进展。

阳明交通大学生物科技系副教授李明家开发出具有自我修复能力的奈米复合材料水凝胶，并成功透过仿生3D列印出螺旋24面体（Gyroid）细胞骨架与人体外耳，成果登上国际知名期刊。图／阳明交大提供

阳明交通大学生物科技系副教授李明家开发出具有自我修复能力的奈米复合材料水凝胶，并成功透过仿生3D列印出螺旋24面体（Gyroid）细胞骨架与人体外耳，成果登上国际知名期刊。图／阳明交大提供