2022年，是载入史册的一年！然而，过去已成为历史，但温故而知新。近日，奇物论团队会对国内外的生物材料相关领域学者进行年度盘点，同时，我们非常欢迎优秀课题组向我们投稿，以供大家学习和交流~今天，我们介绍的是来自美国麻省理工学院的赵选贺教授。赵选贺，美国麻省理工学院机械工程系教授。博士毕业于哈佛大学，师从国际著名力学家锁志刚教授。目前该课题组的研究目标是：了解和设计具有空前性能的软材料和探索新型软材料的非凡功能。近年来，赵选贺团队在Nature, Science, Nature Materials, Science Advances, Science Robotics, Advanced Materials, PNAS, Nature Communications, Physical Review Letters等学术杂志上发表论文160余篇。超声被广泛用于组织和器官的无创成像，但这种方法需要换能器和目标区域之间的紧密接触。这会使长时间获取图像变得困难，特别是当患者需要移动时。于此，麻省理工学院赵选贺等人介绍了一种生物粘附超声 (BAUS) 贴片，他们通过将软水凝胶封装在弹性体薄膜中并在其上涂上生物粘附材料，从而结合了弹性体和水凝胶的优点。刚性压电探针阵列通过声学透明的水凝胶弹性体粘结到皮肤上。体内测试表明，该设备可以舒适地佩戴48小时，并将阵列连接到商用超声平台上，以便对颈动脉、肺和腹部进行连续超声成像。C. Wang et al., Bioadhesive ultrasound for long-term continuous imaging of diverse organs. Science 377, 517 (2022).DOI: 10.1126/science.abo2542https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo2542尽管水凝胶界面有着巨大的前景和最近的进展，但据知，目前还没有关于水凝胶界面用于人与机器的融合的系统讨论。关于水凝胶作为组织工程支架、药物递送载体和用于软机器的新兴材料的文献已被广泛调研，但现有的调研通常没有说明水凝胶作为人与机器之间的桥接界面的应用，也没有提供水凝胶界面设计的要求或原则。这样一个系统的讨论对于这一新生但有影响力的领域的未来发展至关重要。为此，麻省理工学院赵选贺、Hyunwoo Yuk等人在Nature Reviews Materials上讨论了水凝胶界面，用于人与机器的融合的相关进展。Yuk, H., Wu, J. & Zhao, X. Hydrogel interfaces for merging humans and machines. Nat Rev Mater (2022).https://doi.org/10.1038/s41578-022-00483-4胃肠道 (GI) 损伤的手术修复失败会导致肠道吻合损伤，这是胃肠道手术后最令人恐惧和危及生命的并发症之一，导致死亡率增加 30% 以上。因此，手术修复GI缺损以提供机械密封和良好的愈合仍然是一个持续的挑战，突出了开发新的治疗方法和解决方案的关键重要性。于此，麻省理工学院赵选贺、Hyunwoo Yuk和妙佑医疗国际（Mayo Clinic）Christoph S. Nabzdyk等人介绍了一种现成的生物粘附性胃肠道贴片（GI贴片），能够对胃肠道损伤进行无创伤、快速、稳健和无缝线修复。该胃肠道贴片为胃肠道缺损的非创伤性无缝合修复提供了一个有前途的现成平台，解决了以往方法的局限性。可以设想，胃肠道贴片还可以为人体其他器官和损伤的修复提供临床机会。An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects. SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE 2022.DOI:10.1126/scitranslmed.abh2857https://www.science.org/doi/abs/10.1126/scitranslmed.abh2857近日，麻省理工学院赵选贺、Yoonho Kim等人讨论了磁性软材料和机器人领域的最新发展。在传统分类中，软机器人以机械柔顺性为主要特征，这与由刚性材料制成的传统机器人不同。功能性软材料的最新进展促进了一类新的软机器人的出现，这种机器人能够对外部刺激（如热、光、溶剂、电场或磁场）进行无约束驱动。在各种类型的刺激响应材料中，磁性软材料在其设计和制造方面取得了显著的进展，导致磁性软机器人的发展，具有独特的优势和许多重要应用的潜力。然而，磁性软机器人领域仍处于起步阶段，需要在设计原则、制造方法、控制机制和传感模式方面取得进一步进展。未来磁性软机器人的成功开发需要全面了解磁性驱动的基本原理，以及磁性软材料的物理特性和行为。在这篇综述中，作者讨论了磁性软材料和机器人在设计和制造、建模和仿真、驱动和控制方面的最新进展。然后，作者给出了一套设计指南，用于优化软磁材料的驱动性能。最后，作者总结了磁性软机器人潜在的生物医学应用，并对下一代磁性软机器人提出了展望。Magnetic Soft Materials and Robots. Chemical Reviews 2022.DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00481https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c004815. Nature Biomedical Engineering：用于糖尿病伤口愈合的应变程序贴片麻省理工大学赵选贺、Hyunwoo Yuk和哈佛医学院Aristidis Veves等人展示了一种应变可编程的贴片，用于在几天内对湿伤组织进行受控和一致的机械调节，并用于加速糖尿病伤口的愈合。
该应变可编程贴片协同结合干交联机制和基于水合的形状记忆机制，同时在糖尿病伤口上实现稳健、持久和按需可分离的粘附，并精确控制伤口的机械调节（解决伤口边缘的应力集中、伤口收缩）。应变可编程贴片采用薄而柔软的敷料形式，如糖尿病皮肤伤口护理标准中的常规伤口敷料（例如，Tegaderm），在现有治疗工作流程中提供潜在的简化临床转化。Theocharidis, G., Yuk, H., Roh, H. et al. A strain-programmed patch for the healing of diabetic wounds. Nat. Biomed. Eng (2022).https://doi.org/10.1038/s41551-022-00905-2从单个细胞到整个生物体的活体生物系统可以感知、处理信息，并响应不断变化的环境条件而启动。受活的生物系统的启发，工程活细胞和非活基质结合在一起，从而产生了工程活性材料技术。通过设计活细胞的功能和非活基质的结构，可以创建工程化的活性材料，以检测周围环境的变化并相应地调整其功能，从而实现健康监测、疾病治疗和环境修复的应用。水凝胶是一类柔软、湿润和生物相容的材料，已被广泛用作工程活细胞的基质，导致了工程活水凝胶的新生领域。鉴于此，赵选贺等人描述了水凝胶基质和工程活细胞之间的相互作用，重点是水凝胶如何影响细胞行为以及细胞如何影响水凝胶性质。还讨论了工程活性水凝胶与其环境之间的相互作用，以及这些相互作用如何实现多用途应用。最后，强调了工程活水凝胶在临床和环境环境中应用所面临的当前挑战。Liu, X., Inda, M. E., Lai, Y., Lu, T. K., Zhao, X., Engineered Living Hydrogels. Adv. Mater. 2022, 34, 2201326.https://doi.org/10.1002/adma.2022013267. Science Advances：用于功能性血管的坚韧水凝胶基血管导管的微流体生物打印血管组织的三维（3D）生物打印在机械和功能上与天然组织相当，这是一个尚未解决的挑战。鉴于此，哈佛医学院Yu Shrike Zhang、C. Keith Ozaki和MIT赵选贺等人开发了一种坚韧的双网络水凝胶（生物）墨水，用于单层和双层中空导管的微流体（生物）打印，以分别重建静脉和动脉样组织。坚韧的水凝胶由能量耗散的离子交联藻酸盐和弹性酶交联明胶组成。3D生物打印的静脉和动脉导管显示了各自血管的关键功能，包括相关机械性能、灌注能力、屏障性能、特异性标记物的表达以及对新冠伪病毒感染的易感性。值得注意的是，动脉导管显示了生理性血管收缩和血管舒张反应。研究人员进一步探讨了这些导管用于血管吻合的可行性。总之，该研究展示了机械和功能相关血管导管的生物制造，展示了它们作为体外疾病研究的血管模型和体内血管手术的移植物的潜力，可能在未来提供广泛的生物医学应用。Di Wang, et al., Microfluidic bioprinting of tough hydrogel-based vascular conduits for functional blood vessels, Science Advances 8(43), eabq6900 (2022).DOI: 10.1126/sciadv.abq6900https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq6900赵选贺，美国麻省理工学院机械工程系教授。2003 年毕业于天津大学，2009 年博士毕业于哈佛大学机械工程系，师从国际著名力学家锁志刚教授。课题组致力于人与机器之间的界面上发展科学技术，以应对健康和可持续性方面的巨大社会挑战。当前研究的重点是软材料和系统的研究与开发，包括聚合物，水凝胶，生物粘合剂，生物电子学和医疗机器人。近年来，赵选贺团队在Nature, Science, Nature Materials, Science Advances, Science Robotics, Advanced Materials, PNAS, Nature Communications, Physical Review Letters等学术杂志上发表论文160余篇。他还是美国国家科学基金会事业奖的获奖者，曾获海军研究办公室青年科学家项目奖，及AVS生物材料部的青年研究者奖。
