仿生材料，顾名思义，是一种受生物结构、功能和过程启发的人造材料。它们被设计用于模拟生物材料的特性和性能，以达到某种特定的应用目的。目前，仿生材料已经在生物学应用中发挥了巨大的潜力。

加拿大渥太华大学研究人员及合作团队透露，由低能蓝光脉冲激活的可注射生物材料具有现场修复眼睛圆顶外层的巨大潜力，可用于有效重塑和增厚受损角膜组织，促进愈合和恢复。研究成果发表在新一期《先进功能材料》杂志上。

该团队设计和测试的生物材料由短肽和天然聚合物糖胺聚糖组成，以黏稠液体的形式被注射到角膜组织中。当用低能蓝光脉冲照射时，注射的肽基水凝胶在几分钟内硬化并形成组织状3D结构。

接下来，让我们一起来盘点仿生材料都有哪些奇妙的生物学应用。

1、仿生的排汗电子皮肤用于舒适、可靠的多模态健康监测

电子皮肤（e-skins）在健康监测和疾病诊断方面获得了巨大的关注。然而，在皮肤/电子皮肤界面上积累的汗水会影响到长期监测的舒适性、可靠性和准确性。在此，受自然界中主动液体运输现象（active liquid transport phenomenon）的启发，作者发明了一种仿生的金/热塑性聚氨酯/纤维素薄膜（Au/TPU/CM）基底电子皮肤，可以在梯度孔隙和表面能量梯度的作用下快速从界面“泵”出汗水。所制备的电极具有良好的导电性（2.68Ω sq-1），良好的柔性（在10000次弯曲测试和2500次张紧测试后，电阻分别仅有1.1%和0.4%的变化），以及出色的水蒸气传输和水蒸发率（分别为棉织物的2.2和7.1倍）。

这种超快的排汗能力不仅提高了穿着的舒适性，而且可以将皮肤的测量误差降至最低，还可以消除传感器阵列中的短路风险，降低信号中的噪音水平，显著提高了多模态传感的准确性和可靠性。这种仿生设计策略通过提高电子皮肤的耐汗性，能够促进更多的材料和结构的发展。

2、仿生的可拉伸传感器用于人类和动物呼吸模式的可穿戴连续监测

尽管监测人类和动物的呼吸活动在临床上很重要，但对呼吸模式和速率的连续测量却很少进行，这主要是因为传统的传感器对于大多数人和动物来说都太不方便或太昂贵了。在此，作者报道了一种仿生的连续可穿戴呼吸传感器，其模型是基于鱼类的用于检测水中干扰的侧线系统研制。仿生的空气-硅胶复合传感器（ASiT）被放置在胸部，通过连续测量施加到硅基弹性材料内部空气通道的力来测量呼吸活动。

呼吸时施加在传感器表面的力会改变通道内的气压，然后使用一个商业的压力传感器和混合信号无线电子装置来测量该通道的压力。这项工作中制备的传感器已经在人类、狗和实验室大鼠身上进行了测试。结果表明，这种仿生的ASiT传感器可以实现对一系列会导致呼吸模式改变的疾病的早期检测。这项技术也可以与人工智能和云计算相结合，通过算法远程检测人类和动物的疾病，减少不必要的访问就诊。

3、一氧化氮释放型仿生支架通过稳态调节实现骨质疏松症精确的骨头再生

目前，骨质疏松症中的骨再生是一个具有挑战性的过程，涉及到了复杂的相互作用。尽管各种聚合物支架已被提出用于骨修复，但对骨质疏松性骨再生的研究实际上仍然有限。特别是，在使用骨质疏松症药物时（如双膦酸盐），实现令人满意的骨再生仍是一个挑战。在此，作者提出了一种一氧化氮释放型生物活性剂仿生支架，可用于骨质疏松症中骨的精确再生。

首先，作者结合有机/无机ECM和氢氧化镁作为基础材料，然后制备了仿骨的聚（乳酸-乙醇酸）支架。含有氧化锌（ZO）、阿仑膦酸钠和BMP2等生物活性剂的纳米颗粒被整合到仿生支架中，以赋予其多功能性，如抗炎、血管生成、抗破骨细胞生成和骨再生等。特别是，ZO产生的一氧化氮刺激了cGMP和蛋白激酶G的活性；此外，ZO通过抑制Wnt/β-catenin信号通路，下调了RANKL/osteoprotegerin的比例。通过支架对骨质平衡的调节，骨质疏松大鼠模型中新骨的形成要远远好于正常模型。

4、柔性的超声诱导视网膜刺激压电阵列用于仿生视觉假体

电子视觉假体，或称仿生眼，已经显示出了通过电脉冲人工启动神经反应来恢复盲人功能视力的可行性。然而，现有的视觉义肢主要使用有线连接或电磁波进行供电和数据遥测。这不仅引起了安全问题，也导致了微型植入单元的耦合效率不高。在此，作者提出了一种柔性超声诱导的视网膜刺激压电阵列，可以提供一种替代的无线人工视网膜假体来唤起盲人的视觉感知。该装置在柔性电路板上集成了一个二维的压电阵列，带有32个像素的刺激电极。

每个压电元件都可以被超声波单独激活，因此，空间上可重新配置的电极图案可以通过可编程的超声波束线进行动态地应用。作为一个概念证明，作者在体外小鼠视网膜组织中展示了超声诱导的图案重建，显示了这种方法在恢复失明患者的功能和提高生活质量方面的巨大潜力。

文章来源： EngineeringForLife，极目新闻