于梅君
主笔、视频制作:于梅君
在《哪吒2》中,太乙真人用藕给哪吒重塑肉身,如今,这一神话正成为现实:我国科研团队利用莲藕纤维与3D打印技术,开发出可促进骨细胞再生的“仿生骨骼支架”,将传统食材转化为医学奇迹。
藕纤维上演“重塑骨骼”魔法
当太乙真人用莲藕重塑哪吒肉身的场景引爆全网时,武汉轻工大学的科研人员早已发现,看似脆弱的藕丝纤维,或是破解人类骨骼修复难题的“密钥”。
通过提取莲藕纤维并借助3D打印技术,科研人员成功研发出可促进骨细胞增殖的“骨骼魔法支架”,为骨骼再生开辟了一条蕴含东方智慧的新路径。
莲藕的横切面布满7-9个孔洞,其分形结构与人类血管和肺泡高度相似。莲藕维管束中的螺旋纤维素,拉伸延展性可达20%而不破裂,力学特性堪比人体血管。
经过强碱和超声波处理的藕纤维,直径仅5微米,却展现出与人体骨单位相似的力学强度(超40兆帕),孔隙率高达80%,为细胞生长搭建起“高速公路”。
正是这些天然结构,为团队打造仿生材料提供了灵感:将莲藕纤维制成支架,成为骨骼修复的“钢筋骨架”。
莲藕横切面的多孔结构,与人体骨骼微环境高度契合,其纤维中富含的羟基、羧基等活性基团,能精准捕获骨形态发生蛋白,激活成骨细胞分化。
莲藕浆料在静止时浓稠如膏,喷头挤压瞬间却流动如水——这种“剪切稀化”特性,使其成为3D打印的天然“墨水”。团队利用患者CT数据,以0.1毫米精度,打印出与骨缺损完全匹配的支架,外层的致密结构提供初期力学支撑,内层多孔通道则输送养分。
藕纤维支架在体内降解速率与新生骨生长速率完美匹配,植物纤维的“低免疫识别”特性,将排异反应发生率从28%降至3.7%,8周内即可实现95%以上的骨愈合率,并且新生骨骼强度与天然骨相当。
传统骨修复依赖金属或陶瓷植入物,存在排异反应、二次手术取出等弊端。藕纤维支架的天然多糖成分,可激活骨细胞活性,降低排异风险,并且随新生骨生长而逐步降解,好比是“会消失的骨骼脚手架”,最终实现支架消失与骨骼重建的“无缝衔接”。
武汉轻工大学食品科学与工程学院博士江雪玉表示,“我们很早就开始对藕全粉的研究,最近哪吒火了,我们才意识到,这项技术,也是在用藕帮助骨骼生长,也算是用藕‘重塑肉身’吧。”
目前,相关技术已进入动物试验阶段,或许不久的将来,我们会亲身体会到:原来治愈骨骼的神奇力量,就藏在一节平凡的莲藕之中。
“重塑肉身”为啥非得用藕?
当太乙真人用莲藕给哪吒拼出新肉身时,你有没有想过,“重塑哪吒”为啥非得用藕?就不能用山药、土豆、辣椒吗?
农业农村部、科技部水生蔬菜国家重大科研项目首席专家柯卫东表示,影片中之所以用藕重塑哪吒肉身,其中一个原因就是“藕断丝连”背后暗含的生物力学奥秘。
藕丝是遍布于藕中的维管束,负责运输水分、养分等。在生长中,它的细胞壁会形成螺旋式增厚的形态,在遭到切断、拉伸时,这些细胞具有韧性,会像弹簧一样越拉越长,有的藕丝能拉长到1米左右。传说中哪吒身体的“超凡能力”,也与藕弹簧般的韧性相符。在古人看来,那一根根藕丝,就像是人体内的血脉,象征着坚韧与重生。
除了“藕断丝连”的韧性,作为横跨神话与现实的植物,莲藕的神奇功效,早已在中医药典里流传了千年。
李时珍在《本草纲目》中写下“藕可交心肾,厚肠胃,固精气,强筋骨,补虚损”,短短15字,道尽莲藕的“十八般武艺”。古人发现莲藕“生熟两吃,功效迥异”:生藕像清冷侠客,性寒味甘,能用一招“寒冰掌”扑灭肺火;熟藕如温润公子,性温味甘,善用“春风化雨”滋养脾胃。
实验室里,科学家用电子显微镜发现了莲藕的“超能力”:每100g藕含19mg维生素C,比柠檬还高30%,堪称“天然创可贴”;独特的黏液蛋白像给肠胃穿上“丝绸睡衣”,能修复消化道黏膜,冲泡时出现的“透亮拉丝”,正是珍贵的黏液蛋白在秀操作;多酚类物质组成的“抗氧化护卫队”,能清除比哪吒魔气还难缠的自由基。
把藕磨成粉的过程,就像给它加载了“消化系统外挂”,藕粉中的抗性淀粉和膳食纤维,就像发给益生菌的VIP邀请函,激活了整个肠道微生物界的狂欢。
莲藕汁是古人聚会必备的“醒酒露”,现代研究证实,蛋白酶能分解乙醇代谢物乙醛,钾元素能加速酒精排泄。下次宿醉头痛,不妨试试鲜藕汁+蜂蜜。
看样子,莲藕确实有两把刷子,难怪能横跨“仙凡两界”,被当成“重塑肉身”“骨骼修复”的首选材料。
莲藕的跨界征途:不止于骨骼修复
今年央视元宵晚会上,莲藕制成的哪吒人偶挥舞“风火轮”萌翻观众,弹幕刷屏“求武汉同款肉身重塑术”。这场科学与文化的互动,既唤醒了河姆渡遗址7000年前的莲藕食用记忆,也让传统农业借力科技IP焕发活力。
除了研发医用骨骼支架之外,武汉轻工大学科研团队还将莲藕玩转于厨房与实验室。
传统藕淀粉生产中,需要反复水洗,这会导致营养被丢弃,而科研团队开发的“藕全粉”技术,保留了莲藕95%以上的营养成分,既可用于医疗支架,又能制成冲调粉、益生菌等功能食品,实现资源循环利用。
“藕全粉”保留了95%多糖、多酚等活性成分,其糊化后的流变特性,使其成为3D打印食品的“魔法墨水”。团队曾打印出哪吒“风火轮”造型的甜品,并为吞咽障碍患者设计个性化易食产品。
“骨再生支架”技术还能实现成本与环保的双赢,中国莲藕年产量超1000万吨,原料成本仅为钛合金的1/20,且生产过程采用水基溶剂,较传统生物材料减少60%的化学污染物排放。
目前,武汉科研团队正与医疗机构合作开展灵长类动物实验,并探索将枸杞多糖、鱼胶原蛋白等天然物质与藕纤维复合,以进一步提升促骨再生效果。
除了医用支架,当莲藕从餐桌走进实验室,科技与美食碰撞出更多火花。中国科学技术大学俞书宏院士团队基于“藕断丝连”这一自然现象,研制出一种具有仿莲丝微米螺旋结构的水凝胶纤维,具有强拉伸性、高含水量、低刺激性和低摩擦阻力等特点,用作手术缝合线时,可以从伤口周围的组织变形中吸收能量,有效保护伤口。
暨南大学教授李宝军团队还从直径8cm左右的莲藕片中,提取出直径3μm-5μm的藕丝微光纤,能用于极小区域的生物传感探测,可用于pH值探测和细菌活性检测等。
在国外,德国科学家用藕纤维开发出一种柔性电子皮肤,日本一科研团队则以莲藕的多孔结构,设计出微流体芯片。
莲藕,从《封神演义》中的重生媒介,到现代的骨骼支架、藕丝光纤,承载着人类对科学奥秘的不懈探索——我们不是在创造神话,而是让古老的自然智慧在显微镜下重生,最伟大的创新,往往始于对传统的敬畏与解码。
知多一点
3D打印:用“魔法”重塑世界
传说中,女娲用藤条甩泥造人,实现了批量生产的“初代3D打印”。千年后的今天,人类用激光、金属粉末和生物墨水,让神话般的“造物术”走进现实——这就是3D打印。
从打印一颗能跳动的心脏,到建造一栋带地下室的别墅,这项技术正以惊人的速度突破想象边界。2024年,全球3D打印市场规模已突破500亿美元,而科学家仍在用这项技术书写新的传奇。
3D打印的“魔法原理”
3D打印的本质,是将三维模型“切片”成无数二维层,再逐层堆叠成型。就像搭积木一样,只不过这些“积木”小至微米级别。
用激光将金属粉末熔融成型,适合航空航天精密部件;挤出热熔塑料丝,像制作“牙签工艺品”般堆叠,是家用打印机的常用做法;用紫外线照射液态树脂固化,精度可达0.01毫米,能打印出细节精致的珠宝模型。
材料革命与颠覆性应用
如今的3D打印材料,早已超越传统金属与塑料。剑桥大学用蛋清改良生物墨水,提升细胞活性;NASA研发的3D打印金属织物,耐高温且可折叠,未来或成宇航服标配。
3D打印堪称医疗领域的“生命重塑术”,美国一公司推出3D打印钛合金腰椎植入物,术后患者恢复周期缩短40%;英国科学家用干细胞打印出人眼角膜,失明治疗迎来曙光;广东医科大学团队开发出低温3D打印骨支架,可搭载药物精准释放,促进骨融合。
西安交大团队用电弧熔丝技术打印铝合金构件,重量减轻30%,强度却提升20%,已用于卫星支架;美国波音公司采用3D打印燃油喷嘴,使飞机发动机零件数量从20个减至1个,故障率降低70%。
加拿大一公司打印出北美首栋带地下室的联排别墅,工期仅需传统方式的1/3;华中科大发明的3D打印超滑马桶,表面永久不粘污渍,节水效率可提升50%。
速度与精度的双重飞跃
瑞士团队开发的深桶光固化技术,可在几秒内完成高分辨率(10微米)打印,彻底告别逐层堆叠的束缚。
西安交大卢秉恒院士团队研发出“形状记忆合金打印技术”,打印的钛合金构件,能根据温度自动变形,未来可用于自修复卫星天线。
新加坡科技设计大学开发出食品打印机,用藕粉、巧克力等材料打印可食用二维码,扫码即可显示菜品营养信息。
NASA计划在月球建立3D打印基地,用月壤直接打印居住舱;德国团队将藕纤维与柔性电路结合,开发出可穿戴电子皮肤。
预计2030年全球3D打印市场将达850亿美元,中国有望占据30%份额。
正如中国工程院院士卢秉恒所言:“3D打印正在重新定义制造业的边界,而这场变革,才刚刚开始。”
或许不久的将来,我们真能像神话中那样,轻点屏幕即可“打印”出一个新世界。而这,正是科技赋予人类最浪漫的魔法。