阳明交大开发奈米复合材料水凝胶 成功列印细胞骨架与人体外耳

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。（阳明交大提供／陈育贤新竹传真）

阳明交通大学生物科技系副教授李明家带领团队，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。（阳明交大提供／陈育贤新竹传真）

受到蜘蛛吐丝的启发，国立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，可减少动物实验的需求，进而增进动物的福祉。

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1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。

为了开发这个水凝胶，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。

另，水凝胶中的Laponite是小小的带电奈米圆盘，由于静电作用力使Laponite彼此间能在水溶液中自主装形成卡房（house-of-card）结构，一旦对该水凝胶材料施加一特定大小之剪切力，该静电作用力会暂时被破坏进而使材料从原本的凝胶状态转变成溶液状态，此一现象称为剪切稀化，为一评估水凝胶材料是否具备良好可列印性的参数之一。

在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，并透过生医影像扫描把真实世界带入电脑平台建构数位仿体，透过流体力学模拟进行生物力学研究，从而透过3D列印技术，建构仿体把模拟带回真实的世界，此良好的生物相容性，可投入临床治疗和相关应用研究。