白膜（tunica albuginea，TA）是覆蓋陰莖海綿體的堅韌而有彈性的組織。它是一種雙層結(jié)締組織，由外部縱向?qū)雍蛢?nèi)部圓形層組成。TA的主要成分是卷曲和平行的膠原纖維，以及嵌入其中的彈性纖維。在陰莖勃起過程中，TA的正交纖維結(jié)構(gòu)作為靜水骨架起著至關(guān)重要的作用。圖1A顯示，在勃起之前，TA的纖維被卷曲，這使得陰莖能夠以極大的靈活性彎曲和扭曲。隨著陰莖勃起，TA的纖維被拉直，提供了強大的抵抗變形的能力。TA中的雙層卷曲纖維結(jié)構(gòu)是其勃起功能的關(guān)鍵。因此，定向卷曲纖維結(jié)構(gòu)的仿生制備是人工TA（ATA）的主要挑戰(zhàn)。圖1陰莖勃起期間TA微觀結(jié)構(gòu)的變化以及在TA損傷修復(fù)中使用ATA日前，來自華南理工大學(xué)的研究人員將各向同性PVA水凝膠重塑成由平行彎曲纖維組成的雙層彈性貼片。與自然TA中卷曲結(jié)構(gòu)的順序響應(yīng)類似，彎曲纖維首先伸直以吸收應(yīng)變，然后拉伸以誘導(dǎo)軟到硬的轉(zhuǎn)變。使用STMP交聯(lián)，通過將兩種各向異性PVA水凝膠連接在一起獲得仿生ATA。ATA顯示出與天然TA相似的應(yīng)變硬化特性，其爆破壓力遠(yuǎn)高于架設(shè)過程中的海綿體內(nèi)壓力。此外，ATA優(yōu)異的縫合性能使其成為臨床使用的一個有吸引力的選擇。還研究了ATA的兩層排列對陰莖硬度的影響。然后，對ATA的生物相容性、抗血栓性能和長期穩(wěn)定性進行了體外和體內(nèi)研究。最后，ATA用于巴馬豬TA損傷模型。在受傷部位縫合ATA后，陰莖勃起恢復(fù)正常，長期預(yù)后令人滿意。相關(guān)成果以題為Bionic artificial penile Tunica albuginea發(fā)表在《Matter》。
https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.032圖2各向異性PVA貼片的制備工藝和結(jié)構(gòu)總的來說，幾乎所有可用的TA貼片都是從天然組織制備的，這可能是由于難以使用人工材料復(fù)制TA的雙層卷曲纖維的結(jié)構(gòu)。本文使用簡單的拉伸交聯(lián)程序制備了具有仿生雙層結(jié)構(gòu)的ATA。使用凍融循環(huán)和鹽析方法生成的隨機網(wǎng)狀纖維在拉伸后具有清晰的取向，并在STMP交聯(lián)后繼續(xù)保持該取向。體內(nèi)和體外實驗表明，該ATA具有生物相容性，對豬TA損傷具有積極作用。這種ATA代表了一種新的方法，可以改善預(yù)后，減少與TA損傷修復(fù)相關(guān)的急性和長期并發(fā)癥。大多數(shù)承重軟組織具有對齊但卷曲的纖維。這種結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的機械性能對其生理功能至關(guān)重要。因此，構(gòu)建ATA的策略可以擴展到各種材料和其他承重組織的仿生構(gòu)建，如血管、腸、角膜、膀胱、肌腱和心肌。應(yīng)變硬化材料可以表現(xiàn)出與相鄰組織的順應(yīng)性，并增強應(yīng)變限制能力和大變形時的功能魯棒性，也可能啟發(fā)電子皮膚、可穿戴設(shè)備或可植入傳感器的設(shè)計。此外，流體驅(qū)動的軟機器人可以設(shè)計成通過編碼材料或形狀將內(nèi)部壓力轉(zhuǎn)化為特定運動。
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