2026 年 10 月 5 日
来源：德尔夫特理工大学
自然界经过数百万年的演化，优化了骨骼与肌肉（及肌腱）之间的连接机制。在极短的距离内，人体组织从坚硬的骨骼平滑过渡到柔软的肌肉。对于工程领域而言，复现这种渐进且高强度的界面转变一直是一项重大挑战。
然而，成功模仿这一生物结构具有深远意义。副教授穆罕默德·J.指出：“肌肉骨骼疾病是全球致残的主要原因之一。”改善硬软组织连接的方法有望推动未来植入物和组织工程策略的发展。相关研究成果已发表于《自然通讯》杂志。
界面连接的难题
研究人员转向超材料（Metamaterials），这类材料的性能由其内部微观结构而非化学成分决定。超材料主要分为两类：基于板材的超材料由连续表面构成，适合模拟硬结构和促进骨整合；而基于支架的超材料由相互连接的梁组成，更能模仿软组织的特性。
将这两类材料直接连接往往会在界面处形成弱点。工程师通常尝试逐渐从一个结构过渡到另一个结构，但这会导致过渡区域过长，无法再现自然界中紧凑高效的骨-肌接口。
- 图片提供：德尔夫特理工大学
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构建无长过渡区的混合结构
为解决这一问题，德尔夫特理工大学团队开发了一种算法，用于识别兼容的板式和支架式晶格结构，并确定最佳连接方式。该方法对齐了两种架构的几何特征，并引入了兼具两者特性的“过渡单元”。研究员瓦希德·穆萨比基表示：“这些过渡单元不会突然形成边界，而是能在短时间内实现结构的渐变，类似于天然的骨-肌接口。”
研究团队通过 3D 打印多种设计并进行机械测试来验证该方法。实验结果证实，通过计算设计的转换可以在两个超材料家族之间建立牢固的连接。
引导细胞反应的植入物应用
目前，研究团队正在探索活细胞对这些混合结构的反应。此前，科学家分别研究了板式和支架式超材料的细胞行为，但对于两种结构结合后的单一复合结构中细胞的反应知之甚少。
Amir A. Zadpoor 教授解释道：“通过在新开发的结构上培养细胞，我们希望了解结构如何影响细胞的附着、生长和分化。”最终目标是确定这种结构转变是否能像天然骨-肌接口一样，引导不同类型组织的形成。
这些发现为设计硬软材料间的过渡提供了新的工具箱。未来，这种策略可能有助于开发出不仅在机械特性上与人体匹配，还能更好地适应生物环境的植入物和组织工程结构。
参考文献：
Jiang Xing et al., Strategy for hybrid connection of porous scaffolds and triply periodic minimal surface lattice structures, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77560-7
