导读：骨骼和肌腱两种结构截然不同。一个坚硬而刚硬，另一个柔软而富有弹性。然而在人体内，它们却通过一个极其牢固、极少失效的界面连接在一起。几十年来，科学家们一直致力于重现这种自然过渡结构。
2026年10月6日，来自代尔夫特理工大学的一个研究团队取得了重大进展。他们通过提供将两种超材料相结合的新策略，设计出了能够高度模拟骨骼-肌腱界面的结构。
这项研究成果以题为“Strategy for hybrid connection ofporous strut and triply periodic minimal surface lattice structures”的论文发表于《自然通讯》。本研究由代尔夫特理工大学杨建星、阿米尔·A·扎德普尔教授与米尔扎利和穆萨贝基等人联合完成。
连接的挑战
大自然花费数百万年时间优化骨骼和肌腱之间的连接。在很短的距离内，人体就能从坚硬的骨骼过渡到柔韧的肌腱，同时保持强度和耐久性。对于工程师来说，复制这种渐进而又稳健的过渡一直是一个挑战。然而，能够模拟这种转变可能会产生巨大的影响。科学家们开始研究超材料，这是一种工程材料，其性能取决于内部结构而非化学成分。超材料主要分为两大类：片状超材料由连续表面构成，非常适合用于构建刚性结构和促进骨细胞整合；而杆状超材料由相互连接的梁构成，能够更好地模拟软组织。
由连续表面构成的片状晶格适用于骨骼等坚硬结构。由梁构成的支柱状晶格则适用于较软的组织。直接连接会留下薄弱点。长而渐进的过渡可以避免这个薄弱点，但它不再像自然界中那样紧密贴合。工程师们利用 3D 打印技术，在刚性晶格和柔性晶格之间制造了一个短连接件，这是朝着能够像骨骼连接肌腱一样将硬组织与软组织连接起来的植入物迈出的一步。
△对3D打印晶格试样进行了扭转试验以及扭转、压缩和拉伸的组合试验。（图片来源：代尔夫特理工大学）
代尔夫特小组编写了一种算法，可以找到可以相交的片状和支柱状晶格，对齐它们的几何形状，并插入一个兼具两者特征的过渡单元。Vahid Moosabeiki 说：“过渡单元不会造成突兀的边界，而是能够实现从一种结构到另一种结构的短暂、渐进的变化，就像天然的骨-肌腱界面一样。”他们打印了几个不同结构的样品并进行了力学测试。测试结果表明，计算得到的连接点可以将两组晶格连接在一起。
△六种晶格类型打印样件（标记为 BCC、FCC、SC、Gyroid、Diamond 和Primitive）的力
代尔夫特理工大学副教授穆罕默德·J·米尔扎利表示：肌肉骨骼疾病是全球范围内导致残疾的主要原因之一，改进硬组织和软组织的连接方法有助于推进未来的植入物和组织工程策略。”研究团队目前正在混合结构上培养细胞。此前，研究人员已分别对每种晶格类型上的细胞进行了研究。但对于两种晶格类型共存于同一部位时会发生什么，人们知之甚少。研究的目的是观察关节是否能够像骨-肌腱界面那样，引导不同组织的形成。
来源：南极熊
0 留言