當《哪吒 2》中太乙真人用蓮藕重塑哪吒肉身的場景引爆全網時，武漢輕工大學食品科學與工程學院的實驗室裡，江雪玉博士正與同事在顯微鏡下觀察著一種特殊的“藕絲”。
江雪玉｜https://sg.whpu.edu.cn/__local/4/2D/1A/9375F7CBED2AE1C6E225D78E61E_0E745E30_5007B.pdf
這些看似脆弱的纖維，竟是破解人類骨骼修復難題的“金鑰”——透過提取蓮藕纖維並藉助 3D 列印技術，他們成功研發出可促進骨細胞增殖的“骨骼魔法支架”。
即以蓮藕纖維為原料，透過 3D 列印技術製造出定製化骨支架，為骨骼再生開闢了一條蘊含東方智慧的新路徑。
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研究顯示，蓮藕中富含的纖維素和多酚類物質，具有天然的抗炎、抗氧化特性，且其多孔纖維結構與人體的骨組織微環境高度相似。然而，直接將蓮藕粉用於醫療存在硬度不足的問題。蓮藕的橫切面佈滿 7-9 個孔洞，其分形結構與人類血管和肺泡高度相似。而維管束中的螺旋纖維素拉伸延展性可達 20% 而不破裂，力學特性堪比人體血管。正是這些天然結構為該團隊打造仿生材料提供了靈感：若將蓮藕纖維製成支架，能否成為骨骼修復的“鋼筋骨架”？
據瞭解，這項研究始於課題組於 2015 年對蓮藕全粉的探索，直到 2022 年才轉向生物醫藥領域。在實驗室裡，他們破解了蓮藕的“基因密碼”：透過紅外光譜發現其纖維素 Ⅰ 型結晶結構具有優異力學效能，並利用流變學測試證實藕漿的剪下稀化特性適合 3D 列印，以及透過體外細胞實驗證明藕纖維釋放的多糖成分可以啟用 Wnt/β-catenin 訊號通路，從而顯著促進成骨細胞分化。
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研究中，該團隊從藕中提取出富含多糖、多酚的纖維成分，透過調控溫度與壓力使其結晶緻密化，形成儲能模量超高的堅固支架材料，並利用 3D 列印技術按需定製骨支架。
具體來說，該團隊利用高精度生物印表機，根據患者 CT 掃描資料重建骨缺損模型，逐層沉積藕纖維漿料，最終形成孔隙率高達 80%、力學強度超 40 兆帕的多通道支架。這種仿生結構不僅為骨細胞提供了攀附生長的“腳手架”，其內部連通的孔道還能促進營養物質運輸，模擬天然骨骼的哈弗斯系統（哈弗斯系統又稱骨單位，是長骨骨幹的主要結構單位）。
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同時，這些支架的孔隙大小、密度均可根據患者骨缺損區域定製，能像鋼釘般固定斷裂骨骼。此外，這種支架表面活性基團能精準“捕獲”骨細胞生長因子，實驗顯示接種其上的成骨細胞增殖速度提升 137%，礦化週期縮短至 19 天。
與此同時，藕纖維支架在體內降解速率與新生骨生長速率完美匹配，植物纖維的“低免疫識別”特性將排異反應發生率從 28% 降至 3.7%，且降解週期與骨再生完美匹配，8 周內即可實現 95% 以上的骨癒合率，並且新生骨骼強度與天然骨相當。
與傳統金屬植入物相比，藕纖維支架的多孔結構與人體骨組織微環境契合度達 90%，其表面活性基團（如羥基、羧基）能顯著提升骨細胞粘附率 30%-50%。在動物實驗中，植入該支架的骨折動物模型在 8 周內新骨生成量增加 40%，癒合成功率超 95%。
傳統骨修復依賴金屬或陶瓷植入物，但存在排異反應、二次手術取出等弊端。而該團隊研發的藕纖維支架則解決了這一問題。藕纖維的天然多糖成分可啟用骨細胞活性，降低排異風險，尤其適合過敏體質患者。透過 3D 掃描患者骨缺損區域，能夠打印出形狀、力學效能與缺損部位完全匹配的支架，減少手術創傷。
該支架的外層緻密結構能夠維持初期力學支撐，內層疏鬆部分隨新生骨生長逐步降解，好比是“會消失的骨骼腳手架”，最終能夠實現支架消失與骨骼重建的“無縫銜接”，從而能夠徹底避免傳統金屬支架需二次手術取出的弊端。
傳統藕澱粉生產中，需要反覆水洗，這會導致營養被丟棄，而團隊開發的“藕全粉”技術保留了蓮藕 95% 以上的營養成分，既可用於醫療支架，又能製成衝調粉、益生菌等功能食品，實現資源迴圈利用。
同時，這一支架還能實現成本與環保的雙贏，中國蓮藕年產量超 1000 萬噸，原料成本僅為鈦合金的 1/20。且生產過程採用水基溶劑，較傳統生物材料減少 60% 的化學汙染物排放。目前，團隊正與醫療機構合作開展靈長類動物實驗，並探索將枸杞多糖、魚膠原蛋白等天然物質與藕纖維複合，以進一步提升促骨再生效果。
蓮藕，這種生長於淤泥中的水生植物，早在 7000 年前的中國河姆渡遺址中便留下了食用痕跡。蓮藕在中國文化中象徵著堅韌與重生。古人用“藕斷絲連”形容情感羈絆，卻不知這背後暗含著生物力學的奧秘。蓮藕，也是中國人餐桌上常見的食材，但在江雪玉所在實驗室裡卻被賦予了全新的使命。
江雪玉所在團隊由武漢輕工大學易陽教授領導。除了研發醫用支架之外，他們還將蓮藕玩轉於廚房與實驗室。此前，課題組突破傳統藕粉加工技術，開發出保留全部營養的蓮藕全粉。這種全組分食材不僅可製作衝調飲品、魚糕餅乾等健康食品，更以獨特流變特性成為 3D 列印食品的“魔法墨水”，他們利用藕全粉打印出哪吒“風火輪”等創意甜品，就連吞嚥障礙患者也能食用。
利用藕全粉打印出哪吒“風火輪”等創意甜品｜https://news.qq.com/rain/a/20250301A06X7U00?suid=&media_id=
目前，他們已經申請“一種蓮藕渣纖維素奈米纖維及其製備方法”“藕渣纖維素的鹼法提取工藝最佳化及效能測定”“一種蓮藕多糖乙醯化改性的方法及其反應過程控制裝置”“一種蓮藕全粉在乳酸菌高密度培養和菌粉製備中的應用”等專利。
該團隊的部分專利｜百度學術
可以說，從《哪吒 2》中飛舞的蓮藕化身，到實驗室裡精密的 3D 印表機，這場跨越千年的對話揭示著科技創新的本質——用理性解碼自然，以智慧再造生命。我們不是創造神話，而是讓古老的自然智慧在顯微鏡下重生。
或許不久的將來，患者們將真正體會到：原來治癒骨骼的神奇力量，就藏在一節平凡的蓮藕之中。而在下一步，課題組將繼續拓展蓮藕、荸薺、菱角等湖北特色資源產業，並加強蓮藕科研團隊建設。
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與此同時，蓮藕的科研價值早已跨越國界。德國團隊發現藕纖維的奈米纖維素可用於柔性電子器件基材，日本團隊利用藕孔道結構開發微流體檢測晶片，美國團隊因其高膳食纖維與抗氧化特性將脫水藕粉列為太空食品候選。
中國作為全球 80% 蓮藕產地的擁有者，有望引領這場“荷藕科技革命”。而全國有八成以上藕的品種出自有“千湖之省”之稱的湖北，這同時催生了生物醫藥、環保材料等新興產業。正如一位學者所言：“天然材料的智慧屬性，正在重構人類對技術的認知邊界。”
參考文獻
[1]https://sg.whpu.edu.cn/__local/4/2D/1A/9375F7CBED2AE1C6E225D78E61E_0E745E30_5007B.pdfhttps://baike.baidu.com/item/%E6%98%93%E9%98%B3/56092037
[2]https://xueshu.baidu.com/scholarID/CN-BW74FI0J
[3]https://xueshu.baidu.com/s?wd=author%3A%28%E6%B1%9F%E9%9B%AA%E7%8E%89%29&pn=40&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_f_para=sc_hilight%3Dperson&sc_hit=1&sc_as_para=sc_lib%3A
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