清华大学最新Nature

发布时间：2026-08-10来源：iNature

结构各向异性在自然界中普遍存在，并决定依赖于取向的性质和功能。在水凝胶—一种广泛应用于生物医学的富水软材料—中重现仿生各向异性已被证明具有挑战性。

2026年8月5日，清华大学欧阳礼亮团队在

Nature

在线发表题为

In situ particle-to-fibre transformation of hydrogels for 3D printing

的研究论文。

该研究提出了一种名为Shift的全新3D打印技术，解决了生物制造的一项重要难题—让3D打印的人造组织，从无序凝胶，变成了内部拥有清晰脉络，能像真实肌肉那样收缩，并具有神经那样定向传导能力的仿生活组织。

结构各向异性在自然界中普遍存在，并产生卓越的性质和功能。受自然启发，研究人员已寻求合成各向异性结构用于多种应用，包括机械增强、导电增强和组织工程。尽管取得了进展，但使用水凝胶等软材料制造精确的各向异性结构仍然是一个挑战。

三维（3D）打印已成为自下而上加工各种软材料的有力制造技术。关于创建各向异性特征，直接墨水书写（也称为基于挤出的3D打印）代表了最通用的策略之一，因为它能够使用拉长的细丝作为构建模块。由于挤出过程中墨水流动性与挤出后形状保真度之间的权衡，常使用额外的支撑浴来维持细丝。

同轴、预设或混沌流喷嘴的使用使得能够在细丝构建模块内引入更精细的各向异性特征，但亚体素特征的数量和尺寸范围仍受物理喷嘴孔口的限制。在替代策略中，剪切诱导取向已被应用于取向分子、液-液相分离混合物和非球形颗粒。

然而，可以取向的纤维通常较短，且预载纤维的取向通常不均匀且可控性差，使得难以实现高质量、一致的各向异性。

SHIFT原理（图源自

Nature

）

该研究报道了一种称为剪切-拉伸原位颗粒到纤维转变（SHIFT）的现象，并展示了高度取向水凝胶微纤维（直径5–30 μm）的SHIFT打印。在SHIFT中，嵌入颗粒的水凝胶以受控方式挤出，其中离散颗粒和周围基质经历相反的相变，同时将颗粒转变为高度取向的亚体素微纤维。

SHIFT建立了一种从液滴创建各向异性的方法，该方法由溶胶-凝胶两相系统的拉伸流主导。它构成了一种通用的上游制造方法，可以以高度可及的方式轻松适应三维（3D）打印和微纤维纺丝场景。显著的结构各向异性使能够体外形成异常长的肌管，并加速体积性肌肉损失（VML）中的再生。

通过在流体内实施原位亚体素制造过程，SHIFT扩展了加工软材料的能力。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10883-z

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