從蜘蛛吐絲獲啟發 陽明交大開發奈米複合材料水凝膠

陽明交大李明家教授開發奈米複合材料水凝膠，成功列印細胞骨架與人體外耳。圖／陽明交大提供

受到蜘蛛吐絲啓發，陽明交通大學生物科技系副教授李明家開發出具有自我修復能力的奈米複合材料水凝膠，併成功透過仿生3D列印出螺旋24面體（Gyroid）細胞骨架與人體外耳，成果登上國際知名期刊。未來可讓科學家得以仿製類似真實世界中的細胞組織與器官之三維結構與環境，減少動物實驗需求。

李明家指出，蜘蛛絲具有高強度和高延展性，結構和功能提供了一個理想的仿生範例。而水凝膠含有大量水分與人體組織相像、並且能夠模仿目標組織的天然細胞外基質等特性。因此研究團隊開始研究水凝膠如何能模仿蜘蛛絲特性，最後設計了一種奈米複合材料水凝膠，可以提高材料的可拉伸性和自我修復能力。

李明家說，爲了開發水凝膠，研究團隊模仿蜘蛛絲的成分，利用G-polymer不易結晶的特性，讓其在水凝膠系統中透過物理性隨機纏繞，增強材料的可拉伸性。此外，研究使用硼酸與G-polymer側鏈的-OH基團所形成硼酸酯鍵，這種化學性動態共價鍵，能讓材料具備自我修復的特性。

李明家表示，研究團隊也模仿蜘蛛吐絲過程中的鹽析現象，水凝膠成分中的蛋白質分子，在高濃度之無機鹽離子溶液會螺旋交纏，進一步強化材料機械性質，在無支撐材料的情況下，成功列印出螺旋24面體細胞骨架與人體外耳，此技術可應用於數位孿生生物3D列印。

陽明交大表示，這項突破性的研究成果已登上國際知名期刊Biomacromolecules創刊25週年的封面，標誌着在生醫材料與3D列印技術領域的重大進展。

陽明交通大學生物科技系副教授李明家開發出具有自我修復能力的奈米複合材料水凝膠，併成功透過仿生3D列印出螺旋24面體（Gyroid）細胞骨架與人體外耳，成果登上國際知名期刊。圖／陽明交大提供

陽明交通大學生物科技系副教授李明家開發出具有自我修復能力的奈米複合材料水凝膠，併成功透過仿生3D列印出螺旋24面體（Gyroid）細胞骨架與人體外耳，成果登上國際知名期刊。圖／陽明交大提供