浙大二院+浙大国际+浙大基础——浙大肌腱病研究团队合作研发强韧丝素水凝胶用于肌腱修补！

研究背景

肌腱是连接肌肉与骨骼、传递运动力量的关键结构，但一旦发生严重损伤，尤其是大段缺损、慢性退变或反复撕裂，修复往往十分困难。现有临床策略仍存在诸多短板：自体肌腱来源有限且会造成供区损伤，异体肌腱存在免疫反应和重塑不确定性，而人工材料虽然能提供一定力学支撑，却往往难以兼顾“足够结实”和“促进再生”两大需求，难以真正模拟天然肌腱的多级结构与生物功能。因此，开发一种兼具高强度、高韧性、良好生物相容性和仿肌腱取向结构的新型替代材料，已成为肌腱损伤修复领域亟待突破的重要瓶颈。

仿生丝素水凝胶实现“软材料”到“强韧人工肌腱”的性能跃迁

针对这一难题，浙大运动医学肌腱病研究沈炜亮教授团队联合浙江大学爱丁堡联合学院黄雯雯教授团队、浙大基础医学院陈晓教授团队提出了一种基于定向冷冻和热拉伸协同调控的丝素水凝胶加工策略，成功构建出具有仿肌腱多级各向异性结构的定向冷冻-热拉伸丝素水凝胶，即DFHS水凝胶。

强韧水凝胶的“硬核”验证：DFHS水凝胶牵引车辆展示

如图所示，研究团队首先通过定向冷冻技术，引导冰晶沿特定方向生长，在再生丝素水凝胶内部形成微米尺度的取向蜂窝状孔壁结构；随后，在水相关玻璃化转变温度以上对材料进行热拉伸处理，使丝素分子链及β-折叠纳米晶体进一步沿拉伸方向重排和取向。通过“微米尺度通道取向”与“纳米尺度β-折叠取向”的协同构建，DFHS水凝胶形成了类似天然肌腱的层级各向异性结构。

DFHS仿生结构设计思路

这种仿生结构设计显著提升了丝素水凝胶的力学性能。研究发现，当丝素浓度为15 wt%、热拉伸温度为95 °C、拉伸比例为60%时，所得DF15H95S60水凝胶表现出最优综合性能：其极限拉伸强度达到13.9 ± 2.1 MPa，杨氏模量达到16.3 ± 3.0 MPa，断裂韧性达到45.5 ± 7.5 kJ m⁻²，并展现出明显的裂纹钝化能力。与普通非定向丝素水凝胶相比，DFHS水凝胶在强度、模量和抗断裂能力方面均实现了显著提升。

热拉伸赋予丝素水凝胶仿肌腱取向结构

进一步机制研究表明，DFHS水凝胶的强韧化并非单纯来自脱水后的致密化，而是源于定向冷冻和热拉伸共同诱导的多尺度结构重构。定向冷冻为材料提供了连续取向的微米级结构模板，热拉伸则进一步促进丝素分子链运动、β-折叠纳米晶体取向以及层片结构致密化，从而在微观通道结构和分子晶体结构两个层级上实现协同增强。值得注意的是，该加工过程不依赖有毒交联剂或复杂化学改性，具有良好的生物相容性和潜在转化价值。

层级取向结构赋予DFHS水凝胶强韧与抗疲劳性能

在生物学功能方面，DFHS水凝胶同样展现出良好的促成腱再生潜力。其仿肌腱取向微结构可引导细胞沿材料方向排列，并激活与细胞外基质重塑和肌腱形成相关的生物学过程。为进一步验证其体内修复效果，研究团队建立了兔跟腱损伤模型，并将DFHS水凝胶作为人工肌腱补片用于损伤修复。结果显示，该材料能够在体内长期维持结构完整性和力学稳定性，持续为损伤肌腱提供力学支撑，同时促进新生肌腱组织沿材料取向方向有序生长和成熟。术后48周，DFHS组再生组织形态更加接近正常肌腱，提示其在长期肌腱修复与组织重塑中具有良好应用前景。

DFHS水凝胶在肌腱损伤修复中的应用验证

综上，该研究提出了一种基于水相关玻璃化转变温度的丝素水凝胶物理加工新策略，实现了再生丝素材料从“软弱水凝胶”向“强韧人工肌腱支架”的性能跃迁。通过定向冷冻构建微米级取向结构，并借助热拉伸诱导纳米级β-折叠晶体取向，该研究为高性能、可降解、仿生人工肌腱材料的开发提供了新的思路。这一成果不仅为肌腱损伤修复提供了具有转化潜力的丝素基人工肌腱材料，也为其他半结晶高分子水凝胶的强韧化设计提供了可借鉴的材料加工范式。未来，随着材料加工工艺、动物实验验证和临床转化研究的进一步推进，此类仿生水凝胶有望为运动医学组织修复带来新的解决方案。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124294

浙江大学医学院/良渚实验室周思成博士、浙江大学爱丁堡大学联合学院聂可心博士、吴博轩博士为论文共同第一作者。浙江大学附属第二医院沈炜亮教授

、浙江大学基础医学院/良渚实验室陈晓教授、浙江大学爱丁堡大学联合学院黄雯雯研究员为论文共同通讯作者。相关工作得到浙江省重点研发计划、浙江省自然科学基金华东医药联合基金、国家自然科学基金和浙江省“领雁”研发攻关计划等项目资助。

PI介绍

浙江大学骨科研究所副所长，浙江大学医学院附属第二医院运动医学科执行主任，博导

沈炜亮，主任医师/教授，专注肩袖肌腱病精准诊疗与再生研究，年均手术量1500台，开设全国首个“肌腱病”专科门诊。以“微创手术为基础，高水平康复为特色，再生医学为高度”，在肩袖修复、软骨移植、前叉韧带重建等领域形成特色技术。主持国家级项目5项、省部级项目十余项。累计已发表SCI论文74篇，总他引次数3231次。近五年以通讯及一作（含共同）在Nat Commun、Sci Transl Med、Sci Adv、Cell Rep、Am J Sports Med和iScience、等国际知名杂志或运动医学顶刊上发表25篇。获批专利26件（含国际专利1件）。作为主要完成人荣获浙江省科学技术进步一等奖（2023年度），浙江省高等教育教学成果二等奖（2021年度）和教育部自然科学二等奖（2015年度）。荣获2025荣耀医者评选（专科精英）。担任浙江省医学会运动医学分会候任主任委员、国家卫健委基层中心骨科专家委员会运动医学专家组专家、APKASS关节镜与运动创伤教育培训中心 常务副主任、中华医学会骨科分会骨再生医学学组副组长、ICMRS终身会员等重要社会任职。

浙江大学基础医学院教授，博导

陈晓，浙江大学教授,博士生导师，国家优秀青年基金获得者。专注于肌腱组织工程与再生医学研究。针对损伤后瘢痕纤维化胶原无法逆转为正常胶原，导致肌腱力学下降、继发骨关节炎等治疗困境，发现了正常胶原与纤维化胶原形成的关键细胞亚群与调控机制差异，建立了病理环境下胶原进入“退变循环”而导致纤维化的新理念；形成了“重塑正常胶原-打破退变循环-实现腱骨再生”的抗纤维化再生新技术与新策略，重塑胶原支架已成功实现了转化。发表运动系统再生相关SCI论文101篇，16篇SCI他引超过100次，H指数42，总SCI他引5260余次，获批发明专利14项，PCT专利1项。其中近五年通讯及共同通讯作者25篇。主要发表Sci Transl Med.，Sci Adv， Cell Rep， Nat Commun， Cell Death Differ等主流期刊。

浙江大学研究员，博导

黄雯雯，浙江大学研究员，博导，浙江省高层次人才，浙二兼聘教授，英国爱丁堡大学荣誉PI，主持多项国家自然科学基金和省部级项目。长期致力于蛋白质材料的研究，包括重组蛋白理性设计、蛋白材料加工、再生医学、肿瘤联合治疗等方面的科研工作。发表相关国际论文50余篇，H-index 31；应邀担任生物医学工程与应用国际会议地区主席及出版主席，30余个学术期刊审稿人，车用生物燃料技术国家重点实验室、李达三·叶耀珍干细胞与再生医学研究中心固定成员。