上海交大新型水凝膠革新術(shù)中封堵，秒封強韌、可控降解、即開即用

近年來，醫(yī)用水凝膠憑借出色的生物相容性與功能適配性，在傷口護理、組織修復(fù)、藥物遞送等醫(yī)療場景中展現(xiàn)出獨特價值，成為備受關(guān)注的新型醫(yī)用材料。智研產(chǎn)業(yè)研究院披露，2024年，全球醫(yī)用水凝膠市場規(guī)模約為22.92億美元，同比增長2.79%，中國市場規(guī)模約為6.5億元，同比增長4.84%。

盡管市場增長迅速、應(yīng)用價值廣受認可，但傳統(tǒng)生物醫(yī)用水凝膠在術(shù)后傷口封閉修復(fù)場景中，仍存在亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)缺陷：

一是力學(xué)性能與創(chuàng)面適配性不足，材料普遍強度低、韌性差、粘附力弱，易在手術(shù)操作或術(shù)后生理活動中破損，且難以適配創(chuàng)面動態(tài)變化，加劇移位滑落風(fēng)險；二是降解速率調(diào)控性差，以纖維蛋白膠為代表的材料降解多不可控且普遍過快，無法為傷口愈合全程提供持續(xù)支撐。

上述缺陷直接影響了臨床操作，致使醫(yī)生需頻繁調(diào)整、補涂材料以避免破損移位，同時要求醫(yī)生必須精準(zhǔn)控制涂抹范圍、厚度，不僅增加操作復(fù)雜度，還延長了手術(shù)時間、降低手術(shù)效率；產(chǎn)品短板傳導(dǎo)至患者恢復(fù)環(huán)節(jié)，則將導(dǎo)致傷口封閉失效，引發(fā)出血、滲漏等并發(fā)癥，甚至增加二次手術(shù)概率，加重患者身心痛苦與經(jīng)濟負擔(dān)。

在此背景下，上海交通大學(xué)生物新材料醫(yī)工交叉研究及轉(zhuǎn)化中心（以下簡稱“上海交大生物新材料交叉研究團隊”）立足醫(yī)工融合的創(chuàng)新視角，依托上海交大在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、臨床醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的深厚積淀，組建跨領(lǐng)域研發(fā)團隊，聯(lián)合知名三甲醫(yī)院構(gòu)建臨床協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，成功研發(fā)出新型生物醫(yī)用水凝膠，為術(shù)后密封修復(fù)的技術(shù)突破與臨床應(yīng)用提供創(chuàng)新解決方案。目前，該項目為SPARK China簽約項目，由SPARK China為其提供行業(yè)顧問、項目管理、系統(tǒng)課程、資金支持等資源賦能。

01

上海交大背景筑基、三甲醫(yī)院協(xié)同、產(chǎn)業(yè)資源護航，構(gòu)建醫(yī)用水凝膠“研—轉(zhuǎn)—用”全鏈路優(yōu)勢

在生物醫(yī)用水凝膠賽道，上海交大生物新材料交叉研究團隊具備扎實的發(fā)展優(yōu)勢與多元資源支撐。

作為高校背景的研究團隊，其長期深耕生物醫(yī)用水凝膠相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究，對國內(nèi)外科研前沿動態(tài)與技術(shù)發(fā)展趨勢具備深刻認知和精準(zhǔn)把握，為技術(shù)研發(fā)奠定了扎實的理論基礎(chǔ)。同時，團隊依托相關(guān)資源成立生物新材料研發(fā)中心，且能充分借助上海交通大學(xué)及上海市的區(qū)域資源優(yōu)勢，構(gòu)建起完善的技術(shù)開發(fā)體系，具備從基礎(chǔ)研究向技術(shù)轉(zhuǎn)化的核心能力。

項目負責(zé)人侯國棟博士介紹，在生物醫(yī)用水凝膠“基礎(chǔ)研究 - 臨床應(yīng)用”的轉(zhuǎn)化進程中，當(dāng)前核心邏輯已從“能否實現(xiàn)基礎(chǔ)功能”轉(zhuǎn)向“能否滿足臨床場景下穩(wěn)定、安全且可控的應(yīng)用需求”。團隊認為，突破從實驗室到臨床產(chǎn)品這一轉(zhuǎn)化壁壘的核心難點，在于精準(zhǔn)洞悉臨床痛點與實際需求，而非從既有實驗室成果中被動尋找應(yīng)用場景。通過與領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者深度交流，團隊進一步達成共識：成功的轉(zhuǎn)化團隊需主動與頂尖醫(yī)院的一線臨床專家深度綁定，以疾病治療的核心痛點為起點，反向定義產(chǎn)品的全系列技術(shù)參數(shù)與性能指標(biāo)，確保研發(fā)方向始終錨定臨床實際需求。

因此，在打通“產(chǎn)學(xué)研醫(yī)”鏈路的實踐中，團隊開展了多維度針對性嘗試：一方面，持續(xù)深化與上海頂尖三甲醫(yī)院如瑞金醫(yī)院、仁濟醫(yī)院、華山醫(yī)院的合作，建立臨床需求常態(tài)化溝通機制，通過一線觀摩、病例研討等方式，實時捕捉術(shù)后傷口封閉與修復(fù)等場景下的臨床實際需求，同步了解患者術(shù)后恢復(fù)的核心訴求，確保技術(shù)研發(fā)精準(zhǔn)契合臨床痛點；

另一方面，保持與產(chǎn)業(yè)界專家的緊密對接，定期組織跨領(lǐng)域?qū)ｍ棔h，邀請臨床醫(yī)生、產(chǎn)業(yè)界專家及科研人員開展專題分享與技術(shù)研討。在此過程中，團隊得到了SPARK China的多維賦能。這不僅體現(xiàn)為資金支持，更使得團隊獲得了與行業(yè)資深專家、頂尖臨床專家面對面交流的機會，幫助團隊系統(tǒng)掌握了產(chǎn)品量產(chǎn)、合規(guī)認證、市場需求等產(chǎn)業(yè)落地關(guān)鍵知識，為技術(shù)研究方向校準(zhǔn)及產(chǎn)品化提供直接支持。

據(jù)侯國棟博士介紹，目前，團隊不僅在國內(nèi)外高水平期刊發(fā)表了一系列研究論文，還針對新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠技術(shù)申請了多項專利，已形成顯著的學(xué)術(shù)與技術(shù)成果沉淀。

02

固化方式、機械強度、粘附性能、降解可控性多維技術(shù)突破，提供創(chuàng)新傷口閉合解決方案

具體而言，相較于傳統(tǒng)醫(yī)用水凝膠，上海交大生物新材料交叉研究團隊研發(fā)的新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠在臨床實用性、修復(fù)有效性、長期安全性等維度實現(xiàn)了系統(tǒng)性突破。

第一，改進固化方式，提升手術(shù)效率與操作便利性。傳統(tǒng)纖維蛋白膠依賴凝血酶催化固化，其溶液黏度低，固化時間較長，通常需要數(shù)分鐘成膠，且在高濕度、動態(tài)創(chuàng)面環(huán)境下易因凝血酶活性受限而延長成膠時間，拖累手術(shù)進程。而新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠采用光固化技術(shù)（可見光/藍光觸發(fā)），通過光引發(fā)交聯(lián)實現(xiàn)秒級固化，固化時間小于30秒，既能適配急診手術(shù)的“即時封閉”需求，又能減少醫(yī)生術(shù)中等待時間，間接降低患者麻醉風(fēng)險與手術(shù)成本。

第二，增加機械強度，提升術(shù)后修復(fù)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)纖維蛋白膠機械強度較低，模量通常小于10 kPa，術(shù)后患者稍許生理活動便可能導(dǎo)致材料破損、移位，二次處理及二次手術(shù)率較高。新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠通過多交聯(lián)策略將模量提升至 50–100 kPa，抗破損、抗變形能力顯著增強，可持續(xù)為創(chuàng)面提供穩(wěn)定的力學(xué)支撐。據(jù)侯國棟博士介紹，目前，該產(chǎn)品在斷裂拉伸應(yīng)變及斷裂強度等核心力學(xué)指標(biāo)上，均較傳統(tǒng)生物醫(yī)用水凝膠有顯著優(yōu)化。

新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠與頭骨形成的強力粘附

第三，粘附性能提升，強化復(fù)雜創(chuàng)面封閉效果。傳統(tǒng)纖維蛋白膠粘附強度低，剪切強度僅 5–10 kPa，難以在復(fù)雜創(chuàng)面上保持有效封閉。新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠憑借“共價錨定 + 氫鍵 + 動態(tài)化學(xué)鍵”的協(xié)同粘附機制，實現(xiàn)200 kPa 剪切強度，能牢固貼合皮膚、骨骼等多種組織，解決了傳統(tǒng)材料“封閉不牢、易脫落”的核心痛點，能對形態(tài)復(fù)雜的創(chuàng)面形成連續(xù)、致密的封閉。

新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠與動物濕組織形成強力粘附

第四，生物相容性與修復(fù)周期的精準(zhǔn)適配。傳統(tǒng)纖維蛋白膠雖生物相容性良好，但降解速度過快，往往在創(chuàng)面組織完成初步修復(fù)前就已失效。新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠以天然多糖為原料，作為生物基原料，具有極好的生物相容性，可從根源上降低免疫反應(yīng)風(fēng)險；同時通過動態(tài)可控化學(xué)鍵實現(xiàn)“按需降解”，避免了過早失效或殘留刺激。

此外，團隊已開展抗菌抗炎功能的搭載嘗試，可將水凝膠作為載體實現(xiàn)相關(guān)功效的集成，為術(shù)后感染防控、多模態(tài)修復(fù)提供了技術(shù)延伸空間。

總的來看，新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠從“手術(shù)效率—修復(fù)穩(wěn)定性—長期安全性”構(gòu)建了全鏈路的臨床價值閉環(huán)，相較傳統(tǒng)醫(yī)用水凝膠，更能滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對“高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)”的術(shù)后修復(fù)需求。

目前，上海交大生物新材料交叉研究團隊研發(fā)的新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠，已在顱底相關(guān)手術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的臨床優(yōu)勢，有望為臨床治療提供了更優(yōu)方案。

對病人頭部進行三維重建，新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠實現(xiàn)出色的體外封堵效果

由于傳統(tǒng)生物醫(yī)用水凝膠力學(xué)強度不足，單獨使用無法抵御腦脊液壓力，難以實現(xiàn)有效封堵。此前，臨床醫(yī)生需在使用傳統(tǒng)水凝膠后，立即填塞凝膠海綿、醫(yī)用海綿等材料，將患者鼻腔通道完全封堵。術(shù)后，患者需在醫(yī)院臥床平躺5-7天，不僅占用醫(yī)療資源，還加劇了患者痛苦。

而上海交大生物新材料交叉研究團隊通過在力學(xué)強度、組織粘附性、降解可控性等關(guān)鍵維度開展技術(shù)突破，其研發(fā)的新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠可全面滿足經(jīng)鼻蝶手術(shù)術(shù)后封堵的綜合要求，無需額外搭配海綿等封堵材料，即可實現(xiàn)有效封堵，有望減少醫(yī)療資源占用、顯著提升患者術(shù)后舒適度。

除此之外，新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠在腦脊液漏修補術(shù)中也展現(xiàn)出巨大的臨床應(yīng)用潛力。

腦脊液漏修補術(shù)是內(nèi)鏡顱底手術(shù)常用的操作技術(shù)，對預(yù)防術(shù)后并發(fā)癥、提升患者就醫(yī)體驗、降低住院費用、減少住院時間具有顯著意義。作為腦脊液漏修補手術(shù)的重要步驟之一，生物醫(yī)學(xué)水凝膠的使用標(biāo)志著材料學(xué)、生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的又一次重要融合協(xié)作。

新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠項目合作的臨床專家表示，憑借良好的粘合性和密封性，該產(chǎn)品能夠迅速封閉肉眼難以觀察的細微腦脊液漏口，有效阻止腦脊液繼續(xù)外滲。由于其相較于傳統(tǒng)醫(yī)用膠水生物相容性更佳，能夠減輕免疫排斥反應(yīng)，降低了局部炎癥所致傷口愈合不良的發(fā)生風(fēng)險。同時，該材料在體內(nèi)可逐步降解吸收，給傷口組織的愈合提供基礎(chǔ)平臺，極大提升了治療的安全性與便捷性。此外，生物醫(yī)用水凝膠的配制和注射操作相對簡便、凝固時間短、對創(chuàng)面的接納度高，能夠在手術(shù)過程中快速發(fā)揮作用，為醫(yī)生提供更高效的手術(shù)解決方案。

這些優(yōu)勢使得新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠在神經(jīng)外科內(nèi)鏡顱底手術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵價值，具有廣泛的應(yīng)用前景。

03

致力于破解醫(yī)用水凝膠成本高企、規(guī)模化生產(chǎn)難題，構(gòu)建“經(jīng)濟型+高端智能化”雙產(chǎn)品線體系

生物醫(yī)用水凝膠行業(yè)普遍面臨規(guī)模化生產(chǎn)與成本制約及加工與應(yīng)用局限兩大核心痛點。一方面，傳統(tǒng)產(chǎn)品多依賴高昂的進口合成高分子原料，原料成本高且供應(yīng)穩(wěn)定性不足；同時生產(chǎn)工藝復(fù)雜、能耗高，難以實現(xiàn)高效量產(chǎn)，導(dǎo)致單位產(chǎn)品成本居高不下，制約規(guī)模化落地。

針對上述痛點，上海交大生物新材料交叉研究團隊在研發(fā)過程中尤其關(guān)注“優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品向?qū)嵱蒙唐忿D(zhuǎn)化”的核心問題，從原材料選擇與生產(chǎn)工藝優(yōu)化兩方面入手，為未來產(chǎn)品上市后的成本優(yōu)勢及臨床可及性奠定基礎(chǔ)。

首先，團隊摒棄傳統(tǒng)醫(yī)用水凝膠常用的高昂進口合成高分子，采用天然高分子或改性天然高分子材料，獲取渠道更穩(wěn)定，且成本顯著低于進口合成材料；同時，通過持續(xù)優(yōu)化改良生產(chǎn)工藝，團隊致力于實現(xiàn)材料的高效成型與低能耗生產(chǎn)，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的資源浪費與成本損耗，為規(guī)模化量產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

“醫(yī)用水凝膠多屬于高端小眾醫(yī)用耗材，我們通過原料與工藝改進，預(yù)計產(chǎn)品價格可逐步向中端區(qū)間突破，大幅降低患者的經(jīng)濟負擔(dān)與醫(yī)療機構(gòu)的采購成本。”侯國棟博士解釋道。在臨床可及性方面，當(dāng)前生物醫(yī)用水凝膠的應(yīng)用多集中于高規(guī)格三甲醫(yī)院，未來隨著成本下降與供應(yīng)能力提升，產(chǎn)品有望逐步覆蓋基層醫(yī)院，讓更多患者受益。

除此之外，新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠在儲存穩(wěn)定性及臨床便利性方面有所提升。傳統(tǒng)生物醫(yī)用水凝膠多采用A、B雙組分復(fù)合形式，需混合后才能發(fā)揮作用，且儲存過程需嚴格低溫條件，不僅增加了醫(yī)療機構(gòu)的存儲成本，更在一定程度上限制了其在基層醫(yī)療場景或急診場景中的普及。

而上海交大生物新材料交叉研究團隊則實現(xiàn)了創(chuàng)新突破：一方面，材料粘度可按需調(diào)節(jié)，能適配不同手術(shù)創(chuàng)面的操作需求；更關(guān)鍵的是，該產(chǎn)品摒棄了AB雙組分設(shè)計與粉劑溶解流程，無需術(shù)前對原料進行溶解、混合等預(yù)處理，僅需將水凝膠原料直接作用于病灶或需凝膠化的部位，原料在局部可自行完成凝膠化，從根源上簡化了使用流程。這大幅減少了醫(yī)護人員術(shù)前準(zhǔn)備時間，尤其在急診手術(shù)等時間敏感場景中，可直接“即拿即用”，助力提升手術(shù)效率。據(jù)侯國棟博士介紹，團隊產(chǎn)品在術(shù)中操作便捷性方面的表現(xiàn)已得到諸多臨床醫(yī)生的認可。

未來3~5年，上海交大生物新材料交叉研究團隊認為，醫(yī)用水凝膠產(chǎn)品將呈現(xiàn)持續(xù)擴容與升級態(tài)勢，種類與技術(shù)成果將不斷豐富，更加精準(zhǔn)地適應(yīng)不同臨床場景的差異化需求，并突破傳統(tǒng)基礎(chǔ)臨床應(yīng)用的局限（如單一封閉、修復(fù)等），向“診療一體化”的全周期醫(yī)療服務(wù)方向延伸。

基于此，團隊將持續(xù)深化產(chǎn)品性能挖掘與迭代升級，聚焦水凝膠核心功能優(yōu)化，重點拓展pH、溫度、力學(xué)等智能響應(yīng)型應(yīng)用場景，突破傳統(tǒng)水凝膠功能單一的局限，推動技術(shù)應(yīng)用從單一治療場景向精準(zhǔn)醫(yī)療系統(tǒng)的創(chuàng)新升級。

目前，新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠已啟動大型動物實驗，待動物實驗完成后，將快速轉(zhuǎn)入臨床推廣階段。侯國棟博士介紹，依托前期與臨床專家建立的緊密合作關(guān)系，團隊可大幅降低溝通成本，提升推廣效率。長期來看，團隊將構(gòu)建“經(jīng)濟型+高端智能化”雙產(chǎn)品線體系。前者以快速實現(xiàn)市場收益為核心目標(biāo)，所得收益將反哺高端智能化產(chǎn)品的研發(fā)，驅(qū)動生物醫(yī)用材料邁入智能化、個性化與多功能化的新階段。

關(guān)于SPARK China

SPARK醫(yī)療創(chuàng)新轉(zhuǎn)化平臺于 2006 年起源于斯坦福大學(xué)，采用基于設(shè)計思維的方法，強調(diào)從用戶需求出發(fā)，早期融入臨床需求、監(jiān)管要求和財務(wù)評估等因素，確保學(xué)術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實緊密對接，提高轉(zhuǎn)化成功率。該計劃專注于藥物、器械和診斷項目的概念驗證，為項目提供資金支持與專家指導(dǎo)。目前，SPARK平臺已覆蓋全球30多個國家，建立了五十余個分支機構(gòu)，截止2025年，累計全球各分支的總轉(zhuǎn)化成功率達57%。

2024 年 11 月，SPARK China 正式落地上海，由上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院先進醫(yī)療芯片研究所與斯坦福大學(xué)合作成立。作為 SPARK GLOBAL（2015年基于斯坦福大學(xué) SPARK 平臺成立的非營利組織，覆蓋全球超50家學(xué)術(shù)機構(gòu)）的成員，SPARK China 匯聚國內(nèi)頂尖科研力量，沿用 SPARK 經(jīng)典模式，挖掘高校與醫(yī)院創(chuàng)新項目，提供資金、顧問服務(wù)等支持，整合斯坦福大學(xué) SPARK 方法論，借助 SPARK GLOBAL 全球網(wǎng)絡(luò)，致力于加速中國本土醫(yī)療創(chuàng)新，推動學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化為臨床解決方案。

目前，上海交大生物新材料交叉研究團隊研發(fā)的新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠在融資方面有對接需求，如果您對該產(chǎn)品感興趣，請與我們?nèi)〉寐?lián)系：

*封面圖片來源：123rf

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