仿生材料，顧名思義，是一種受生物結構、功能和過程啟發(fā)的人造材料。它們被設計用于模擬生物材料的特性和性能，以達到某種特定的應用目的。目前，仿生材料已經(jīng)在生物學應用中發(fā)揮了巨大的潛力。

比如，仿生材料能夠模仿生物體的結構和功能，被應用于心臟支架、關節(jié)置換和組織工程等；仿生材料還可以被設計成新型的藥物載體，可以用于靶向遞送、緩釋藥物等；此外，基于仿生設計的生物傳感器，能夠檢測和測量生物分子、生理信號等。

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“道法自然”是出自《道德經(jīng)》的哲學思想，在指導我們溯本求源、順應自然規(guī)律的同時，或許能對我們設計生物材料有所啟發(fā)。

在構建高性能的生物材料時，通過學習和模仿自然界中已存在的生物，能夠有效提高設計效率和創(chuàng)新能力，可以在多個領域中為人類帶來更多的創(chuàng)新和突破。

近年來，仿生材料研究發(fā)展迅速，已經(jīng)成為了生物、材料科學等領域的研究熱點。那么，仿生材料都有哪些奇妙的生物學應用呢？我們一起往下看看吧！

1. 電子皮膚（e-skins）在健康監(jiān)測和疾病診斷方面獲得了巨大的關注。然而，在皮膚/電子皮膚界面上積累的汗水會影響到長期監(jiān)測的舒適性、可靠性和準確性。在此，受自然界中主動液體運輸現(xiàn)象的啟發(fā)，研究者當前發(fā)明了一種仿生的金/熱塑性聚氨酯/纖維素薄膜基底電子皮膚，可以在梯度孔隙和表面能量梯度的作用下快速從界面“泵”出汗水。

這種超快的排汗能力不僅提高了穿著的舒適性，而且可以將皮膚的測量誤差降至最低，還可以消除傳感器陣列中的短路風險，降低信號中的噪音水平，顯著提高了多模態(tài)傳感的準確性和可靠性。這種仿生設計策略通過提高電子皮膚的耐汗性，能夠促進更多的材料和結構的發(fā)展。

2. 目前，骨質疏松癥中的骨再生是一個具有挑戰(zhàn)性的過程，涉及到了復雜的相互作用。盡管各種聚合物支架已被提出用于骨修復，但對骨質疏松性骨再生的研究實際上仍然有限。特別是，在使用骨質疏松癥藥物時（如雙膦酸鹽），實現(xiàn)令人滿意的骨再生仍是一個挑戰(zhàn)。

在此，研究者提出了一種一氧化氮釋放型生物活性劑仿生支架，可用于骨質疏松癥中骨的精確再生。首先，結合有機/無機ECM和氫氧化鎂作為基礎材料，然后制備了仿骨的聚（乳酸-乙醇酸）支架。含有氧化鋅、阿侖膦酸鈉和BMP2等生物活性劑的納米顆粒被整合到仿生支架中，以賦予其多功能性，如抗炎、血管生成、抗破骨細胞生成和骨再生等。

3. 電子視覺假體，或稱仿生眼，已經(jīng)顯示出了通過電脈沖人工啟動神經(jīng)反應來恢復盲人功能視力的可行性。然而，現(xiàn)有的視覺義肢主要使用有線連接或電磁波進行供電和數(shù)據(jù)遙測。這不僅引起了安全問題，也導致了微型植入單元的耦合效率不高。

在此，研究者提出了一種柔性超聲誘導的視網(wǎng)膜刺激壓電陣列，可以提供一種替代的無線人工視網(wǎng)膜假體來喚起盲人的視覺感知。該裝置在柔性電路板上集成了一個二維的壓電陣列，帶有32個像素的刺激電極。每個壓電元件都可以被超聲波單獨激活，因此，空間上可重新配置的電極圖案可以通過可編程的超聲波束線進行動態(tài)地應用。作為一個概念證明，作者在體外小鼠視網(wǎng)膜組織中展示了超聲誘導的圖案重建，顯示了這種方法在恢復失明患者的功能和提高生活質量方面的巨大潛力。

4. 治療糖尿病的綜合系統(tǒng)為調節(jié)糖尿病提供了先進的技術，但在準確性、長期監(jiān)測和最小侵入性等方面仍存在關鍵挑戰(zhàn)。受動物咀嚼系統(tǒng)的特征和功能的啟發(fā)，研究者提出了一種仿生微針治療平臺（MNTP），用于糖尿病的智能和精準管理。

該平臺由一個微型電路支持，用于微針陣列按需穿透皮膚，使間質液體滲出的同時檢測葡萄糖和生理離子，并進行皮下胰島素輸送。間質滲出液能夠在富氧環(huán)境中通過集成了復合碳納米材料的表皮傳感器進行感應。這一特點解決了植入式電極帶來的生物安全問題和體內的 "缺氧 "問題。MNTP被證明可以準確地檢測葡萄糖和離子，并可遞送胰島素以調節(jié)高血糖癥。

5.骨折和缺陷對患者構成了嚴重的健康相關問題。在臨床治療方面，用于促進關鍵尺寸骨再生的合成支架一直被積極的探索，而電刺激被認為是促進這一過程的有效輔助手段。

在此，研究者開發(fā)了一種集成了薄膜硅（Si）基底微結構的三維仿生支架。這種硅基底復合支架不僅為引導細胞生長提供了一個三維分層結構，而且還通過光誘導的電信號調節(jié)細胞行為。

通過紅外光照的遠程控制，這些硅結構可以電控地調節(jié)干細胞的膜電位和細胞內的鈣動態(tài)，并增強細胞的增殖和分化能力。在一個嚙齒動物模型中，硅集成支架在光學刺激下顯示出更好的成骨作用。這樣一個無線供電光電支架彌補了帶有導線的電子植入物的缺陷，并可以在生物環(huán)境中完全降解。

6.腫瘤中雜亂無章的血管是腫瘤內納米藥物輸送進而發(fā)揮抗癌作用的一個重大挑戰(zhàn)。

在此，研究者合理地設計了一種谷胱甘肽（GSH）激活的一氧化氮(NO)供體負載的仿生脂蛋白系統(tǒng)（NO-BLP），使腫瘤血管正?；?，然后改善白蛋白結合的紫杉醇納米顆粒（PAN）在腫瘤中的遞送效率。

與對應的脂質體配方（NO-Lipo）相比，NO-BLP在4T1乳腺癌腫瘤中表現(xiàn)出更高的腫瘤富集和更深的滲透性，產(chǎn)生了使血管正?；娘@著功效。NO-BLP和PAN的順序用藥策略使4T1腫瘤的生長受到了81.03%的抑制，優(yōu)于NO-BLP單藥和PAN單藥以及對應的NO-Lipo加PAN治療。因此，仿生的NO-BLP脂蛋白提供了一個令人鼓舞的平臺，可以使腫瘤血管正?；?，并促進腫瘤內納米醫(yī)學藥物的有效輸送。

仿生研究的核心是“自然智慧”，即從自然界中汲取靈感并將其轉化為技術。在實踐中，仿生的研究方法包括模仿、改進和創(chuàng)新等。仿生材料一般是通過模仿生物的結構或功能，以實現(xiàn)更好的應用效果。綜合以上論文不難看出，仿生材料的生物學應用包括仿生可植入材料、仿生可穿透器件、仿生納米藥物載體、仿生功能型結構/表面等等。

根據(jù)EFL整理匯總。

來源: 中國生物材料學會

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