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「可注入人體的凝膠狀物質」具有治癒受傷組織或製造全新組織的巨大潛力，許多研究人員都在努力開發這種用於生物醫學的水凝膠，但到目前為止，只有極少數水凝膠能應用於臨床。

為了協助引導這類材料的開發，麻省理工學院和哈佛大學的研究人員創建了一套計算模型，可以預測材料的結構、機械性能和功能表現結果，相關成果 2023 年 1 月底已發表於期刊《Matter》上。研究人員希望，他們的新模型能讓設計此類可注射的應用材料，變得更加容易、快速。

研究人員解釋，當單個水凝膠塊密集壓實在一起時，會形成一種稱為顆粒基質 (granular matrix) 的凝膠狀材料。根據條件的不同，這些材料既可是固體，也可是液體，這使它們成為 3D 生物列印工程組織等應用的理想候選材料。一旦注射或植入人體，它們就可以釋放藥物或協助受傷組織再生，因此具有很大的靈活性、可定制性與應用性。

於是，研究人員開始嘗試研究如何使這些材料成為可注射的 ─ 結果發現，這真是一項艱鉅的任務，必須經過大量的試誤，透過改變凝膠的不同特徵，以優化其結構和機械性質。這促使科學家將他們的經驗轉化為機器可以讀取和處理的資料，然後要構建一個可以查詢的預測圖，幫助我們瞭解發生了什麼以及如何進行下一步。

研究人員將模型建構過程分成兩個階段：

1. 以模型分析生物塊 (bioblock properties) 的特性如何受到生物塊的初始材料和組裝方式的影響。

2. 生物塊被包裝在一起，形成所謂的「顆粒狀水凝膠」結構。透過建模，研究人員可確定影響最終凝膠可注射性的幾個要素，包括生物塊的大小和硬度、生物塊之間的間隙液黏度以及注射凝膠所用針頭和注射器的尺寸。

現在，科學家計畫利用這種建模方法，嘗試開發可用於醫療的材料，如修復心臟缺陷或向胃腸道輸送藥物等。此外，研究人員還在網上公佈了他們的模型和用於生成模型的資料，無私提供其他實驗室使用，以減少可能遇到的挫折。

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資料來源：MIT、IMES