在再生醫學、器官芯片和藥物篩選等交叉領域中，紛繁復雜的場景對血管網絡構建技術提出了越來越高的“適應性（adaptability）”要求：不僅要精準還原目標結構與尺寸，還需兼容多種材料體系以實現功能適配，以此來滿足不同的應用目的。目前，犧牲模板法（sacrificial templating）因其工藝簡便、適配性廣，成為構建通道網絡的常用策略。該方法通過預先打印可移除的犧牲材料（sacrificial materials），將其嵌入至基材中，待基材固化后溶解模板，從而形成通道結構。然而，現有犧牲材料在實際應用中普遍存在三類問題：1）打印成型性有待改善，難以構建多級分支結構（如明膠）；2）溶解時易發生溶蝕變形，導致通道保真度下降，影響尺寸還原（如PVA、Pluronic F-127）；3）材料兼容性不佳，只能選擇單一的親水或疏水性基材，或依賴特定的打印體系（如嵌入式打印）。
澳門大學王春明教授團隊提出“通過非溶劑（nonsolvent）控制氫鍵取向來穩定犧牲材料界面”的策略解決。犧牲材料在嵌入過程中界面不穩定是限制適應性的底層原因，界面不穩定將導致基材中的溶劑在固化前快速滲入模板內部，使其在被移除前出現不可控的溶脹（親水性基材）或脫水變形（疏水性基材），最終破壞預設的通道結構。非溶劑是指可與水互溶但無法溶解犧牲材料的有機試劑。此前，團隊已在相關研究中提出“非溶劑淬火（nonsolvent quenching, NSQ）”打印方法(Adv Sci 2022, 2203236)，通過誘導材料表面快速硬化，在界面形成致密保護層，有效提升結構保真度。在本研究中，團隊進一步推測該過程可驅動材料表面氫鍵由“指向外部溶劑”轉變為“材料內部自連”，進而建立起抵御外部侵蝕的穩定屏障，從而抑制犧牲模板在嵌入基材后的膨脹與變形，基于此提出氫鍵重定向策略（Hydrogen Bond Re-Orientation, HyBRO），通過將氫鍵從“向外”轉為“向內”，實現對界面的有效保護（圖1）。
圖1. 傳統策略 vs HyBRO：通過氫鍵定向調控，實現高適應性的血管網絡構建工藝
為驗證HyBRO策略的分子機制，課題組以模式分子葡甘聚糖（GM）為模型，系統研究了非溶劑DMF在淬火過程中的氫鍵重定向效應。實驗發現，在加入氫鍵干擾劑尿素后，相分離顯著延遲，表明氫鍵作用是驅動淬火的關鍵。SAXS結果顯示，NSQ處理將促使GM形成更致密、穩定的聚集體；ATR-FTIR分析進一步確認，淬火顯著提升了GM鏈間氫鍵比例，同時抑制了GM與外部溶劑（水）之間的氫鍵形成，驗證了氫鍵從“對外”向“內聚”的定向轉變。
圖2. NSQ實現GM氫鍵重定向
在明確這一機制后，團隊進一步驗證了HyBRO策略的實際效果。實驗表明，未經處理的塊狀凝膠在水中易發生劇烈溶脹，溶脹變化超過320%；而經HyBRO處理后，溶脹率控制在約131%，結構穩定性顯著提升。更重要的是，HyBRO模板生成的通道尺寸與設計值高度一致，誤差控制在±10%以內，有效保障了通道結構的保真度與一致性。借助這一策略，團隊在明膠和海藻酸鈉體系中成功構建出三次分叉的層級血管網絡，通道直徑覆蓋40～400 μm，精準實現從微血管到小動脈的十倍尺度跨越，充分展示了HyBRO在通道精度、尺寸可控性和復雜結構再現方面的綜合優勢。
圖3. HyBRO顯著抑制溶脹，實現高保真度通道構建
鑒于傳統方法在親疏水材料間的選擇受限，課題組進一步將HyBRO策略擴展應用于多種代表性材料，以驗證其廣譜兼容能力。結果顯示，HyBRO可在海藻酸鈉、明膠、瓊脂糖和GelMA等常見親水性基材中穩定構建通道結構；同時，在乙酰化葡甘聚糖、聚己內酯和聚乳酸-羥基乙酸共聚物等疏水性基材中同樣表現出良好成型能力。此外，HyBRO不僅適用于GM類多糖材料，對于傳統的PVA模板也能顯著提升其結構保真度，進一步印證了該策略在不同材料平臺下的適用性。
圖4. HyBRO可與多種親/疏水基材兼容
HyBRO策略不僅具有優越的適應性，還能支持內皮細胞生長和功能表達。實驗表明，內皮細胞在通道內可逐步建立穩定的胞間連接，顯著抑制物質的滲透，展現出典型的血管屏障功能。更重要的是，該通道系統能夠模擬生理剪切應力，誘導內皮細胞通過TRPV4感知流體刺激，激活鈣信號通路并促進一氧化氮釋放，呈現出與真實血管相似的力學應答與生理調控特性。這一系列結果表明，HyBRO不僅可實現結構精細、尺寸可控的血管網絡構建，更具備重建具功能活性血管系統的潛力。
本研究提出的HyBRO策略通過“氫鍵重定向”機制，有效解決了傳統犧牲模板法在“適應性”上的瓶頸。該策略不僅可精準構建高保真度（>90%）、多尺度（10倍跨越）通道網絡，還廣泛兼容多類親水與疏水材料，并支持內皮細胞的功能性生長及剪切力響應，實現了結構與生理功能的協同重建，為再生醫學等領域的血管化構建提供了一個通用兼容的新技術平臺。相關成果以 “A Highly Adaptable Hydrogen Bond Re-Orientation (HyBRO) Strategy for Multiscale Vasculature Fabrication” 為題發表于《Advanced Materials》。論文第一作者是澳門大學博士生（現博士后）廖禎誠博士，其也是前期設計非溶劑淬火打印技術的論文的第一作者。研究獲得澳門科技發展基金、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金及澳門大學科研基金的聯合資助。歡迎訪問課題組網站（https://sklqrcm.um.edu.mo/chun-ming-wang/）開展交流合作。
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202417734?af=R
