革命性的变革

想象一下未来的某天，一次简单的注射就能促使骨折快速愈合；肉眼都无法识别但具有超高人体组织、血液亲和性的介入设备在人类的体内，随时跟踪收集脏器、血管、神经等人体重要组成部分的健康状况或提供治疗药物；大脑或心脏植入物不再是金属、人工合成材料，而是能与肌肉组织、血管无缝衔接的物质，人类的健康或许将进入全新的时代。

这些都是生物材料科学家的梦想，数十年来他们一直在努力研究人体复杂结构，以期可以更便宜、更便利地更换受损身体部位或治疗损伤、疾病。问题的关键在于大多数替换或矫正介入设备，从假肢到心脏起搏器，都是由坚硬、干燥、无生命的材料制成，例如金属或塑料。但人体的组织是柔软的，有湿度和有生命的，人体经常会排斥这些非生命体的介入物。

1960年，软性隐形眼镜的发明者首先涉猎了水凝胶这个足以改变人类世界的物质。起初水凝胶仅用于发胶或果冻这样的产品，相关研究也非常少。到1982年发表在各类主要期刊的研究论文才达到1000篇，但近年呈现出爆发式增长，到2020年已有超过10万篇关于水凝胶的论文。随着化学家、生物学家、工程师和医生开始更多地合作，新兴的水凝胶领域有望改变人类治疗皮外伤、体内介入物治疗的方式，甚至可能让科幻电影中才有的脑机交互，通过水凝胶介质实现。

水凝胶的特殊结构和亲水性，对人体非常重要。人体骨骼约有25%的水分，肌肉的水分在70%左右，大脑则是85%。人体内的水分起着许多关键作用，从输送营养物质和排出废物到帮助细胞相互交流。水凝胶与人体内的组织结构非常相似，能与组织或血液形成完美的机械匹配，因为无毒，免疫系统也不会将它们视为异物进行攻击，产生排异反应。最新的水凝胶产品足够稀薄，可以轻松通过标准针头进入人体内，随后又会重新形成凝胶，保护其含有的药物成分不会被迅速降解。

许多高尖端药物，例如治疗关节炎的Humira或2型糖尿病的Ozempic，都由体积巨大复杂且很容易降解的蛋白质制成，必须频繁注射以保持药物成分的浓度。但水凝胶的出现，可以随着时间推移缓释药物，注射周期从1周延长到4个月1次。此外，还能让注入体内的疫苗保持更长时间的效果。已有可摄入的水凝胶药丸诞生，能在胃中持续1个月缓释药物，治疗胃部疾病、监测溃疡或癌细胞等情况。若要将其取出，患者只需饮用特制的盐基溶液，即可将药丸缩小，然后排出体外。

对运动爱好者而言，水凝胶取代人体软骨，甚至更坚硬的骨骼已成为可能。以往半月板受损、关节软骨损伤只能通过软骨移植、钻孔或全关节置换，所有治疗手段都需要长期康复，但现在就像填补牙洞一样简单。通过注射进入关节的水凝胶材料，不仅可以填补受损部位，还能促使骨骼再生。DNA水凝胶有可能在无需高度侵入性外科手术的情况下生长骨骼，这将为运动康复领域开创一个真正的新时代。