［本站讯］近日，山东大学集成电路学院/未来技术学院钱凯教授团队在“医工交叉”领域-医疗健康监测及组织修复方面与山东省中医院康复中心主任张杨、山东大学齐鲁医院骨科-关节外科主任王呈合作开发了一种高强度机械梯度水凝胶，用于损伤肌腱（跟腱、肩袖等）组织修复与精准康复训练。相关成果以“High-strength mechanically gradient hydrogels via physical crosslinking for tendon-mimetic tissue repair”为题，发表在npj Flexible Electronics (中科院一区Top期刊，影响因子12.3)，集成电路学院博士研究生朱赫为论文第一作者，山东大学集成电路学院为该论文第一完成单位。

肌腱在力量传递和关节活动中扮演着关键角色，但极易受损且固有的再生能力有限。不同解剖部位的肌腱撕裂发生率差异显著，例如肩袖撕裂发生率介于6%至39%，而跟腱撕裂发生率约为0.05%至0.5%。其中，肩袖撕裂的风险随年龄增长而显著上升，在60岁以上人群中尤为突出。大面积的肩袖撕裂（>5 cm）更是因其复杂的结构特点和高再撕裂率，构成了重大的临床挑战。目前主流的修复策略依赖缝合技术将损伤肌腱固定于骨组织。然而，这种方法常在缝合部位引发应力集中，导致修复失败。传统的均质补片虽然可以通过覆盖缝合位点提供机械支撑来加固缝合位点，却难以有效解决这一核心问题。即强度不足的补片加固效果差，会导致缝合处再断裂，而刚度过高的补片则会造成应力屏蔽效应限制关节活动，引发补片下方肌肉萎缩等并发症，进而阻碍愈合进程。这些局限性凸显了对仿生力学梯度补片的迫切需求。理想的补片应能精确模拟肌肉-肌腱-骨骼间复杂的力学梯度，在防止再撕裂的同时维持生理功能并促进组织愈合。其关键特性在于具备连续变化的力学性能，其强度跨越多个数量级，以匹配从柔性肌肉到刚性骨骼的自然过渡。此外，集成传感功能以实现术后智能化监测亦是该领域的重要发展方向。

为突破现有技术瓶颈，本研究引入了一种纯物理水输运调控策略，用于制备具有机械性能梯度的强韧水凝胶。该技术通过精确调控水凝胶微观结构，成功构建出仿生力学梯度强韧水凝胶补片。其力学特性（包括强度和梯度变化）与天然腱-骨界面高度匹配，并实现了良好的界面整合。该方法的核心在于空间定向调控水凝胶的孔隙密度与结晶度分布，从而构筑出具有连续梯度变化的定向多孔结构。所获得的水凝胶补片展现出优异的综合力学性能：拉伸强度达43.5 MPa、断裂应变275%、断裂能1150 kJ/m²、杨氏模量105.6 MPa。尤其是在同一水凝胶单元中，上述力学参数可在各自的最大值区间内进行区域化调控，以满足不同应用场景对材料性能的复杂需求。最终以肩袖肌腱修复为模型系统进行的体内实验表明，该水凝胶补片成功促进了组织再生，并结合了实时监测功能，为术后康复方案提供了定量数据支撑。

在“医工交叉”领域-医疗健康监测及组织修复方面，朱赫率先提出了一种用于各向异性水蒸发的通用物理退火铸造策略，制备了杨氏模量在宽范围内（约0.13-77.2 MPa）可调的分级各向异性聚乙烯醇水凝胶（Small Structures2025, 2400582）。基于此，依托聚乙烯醇/海藻酸钠复合体系，开发出具备实时应变监测功能的二维智能电子水凝胶韧带（Composites Part B2025, 292, 112068）。此外，团队进一步将该技术拓展至三维复杂器官的仿生构建，成功研制全仿生智能椎间盘，创新性地实现了多区域力学性能的精准调控与智能监测功能的有机集成，标志着水凝胶材料在组织工程应用中的重大进展（Small Methods 2025，2500292）。相关技术已获两项国家发明专利授权。本次报道的研究在前述成果基础上更进一步，通过水凝胶力学性能的区域化精准调控和稳定界面连接技术，推动了复杂人体异质组织的仿生与制造。基于上述系列成果，朱赫获2025年度山东大学研究生优秀成果奖。

钱凯教授团队长期聚焦于从事集成电路材料与微纳电子器件研究，主要包括忆阻器 (RRAM) 存储/类脑神经芯片、金属纳米材料在集成电路封装/透明可穿戴电极中的应用，以及组织修复及医疗健康监测传感器。