本研究基于植物多酚超分子网络平台，根据宫颈结构，设计了一种生殖安全的3D打印宫颈封堵装置（CervPlug
CervPlugTM宫颈塞通过精准匹配宫颈尺寸，构建封闭的宫腔环境，有效提升了胚胎在子宫腔内的滞留率，优化着床条件。
在物理屏障与多酚超分子网络的协同调控下，CervPlugTM不仅延长了胚胎与子宫的相互作用时间，还优化了宫腔微环境，为胚胎着床创造更加稳定、适宜的条件。
CervPlugTM显著提高了活产率，为辅助生殖提供了一种非侵入性、生殖安全且能有效提升胚胎着床率的解决方案，为辅助生殖领域带来新的创新突破。
全球正面临严峻的人口危机，生育率持续下降，不孕症发病率攀升已成为核心问题。据WHO统计，全球约六分之一人口受不孕不育困扰，而环境恶化和生育年龄推迟进一步加剧了这一趋势。与此同时，辅助生殖技术（ART）需求激增，然而，作为关键环节的胚胎移植，其成功率仍受限于低胚胎着床率。胚胎着床是一个复杂的时空过程，依赖于胚胎与子宫内膜的物理和生理相互作用。然而胚胎移植操作易引发子宫收缩，导致子宫蠕动和母胎界面相互作用不足，造成约15%的受精卵从宫颈流失。为提高胚胎移植后的着床率，医学界探索了多种策略，然而如何有效调节母胎界面的物理相互作用，并在移植后加强胚胎-子宫内膜的接触以防止胚胎排出极具挑战。目前，关于简单有效、安全无创，且通过增加母胎界面物理接触而提升胚胎着床的策略仍鲜有报道。
四川大学郭俊凌教授团队长期致力于植物多酚（植物单宁）的基础科学和前沿应用研究，自2014年构建了由18种金属离子构建的金属多酚网络材料平台（Metal-Phenolic Networks，MPN）以来，该团队深入研究了多酚独特的界面相互作用，发展了植物多酚高值转化体系（Science2018;Sci. Adv.2021;Nat. Nanotechnol.2016;Nat. Commun.2022;Cell Biomater.2025;Matter2023, 2025;Angew. Chem.2014, 2019, 2023, 2024等）。在该研究中，郭俊凌教授团队开发了一种3D打印宫颈封堵装置（CervPlug），采用FDA批准的生物相容性聚乳酸（PLA）制成，并依据宫颈尺寸量身定制。该策略巧妙结合3D打印技术与多酚超分子网络水凝胶，独特地融合了机械支撑与生物增强，构建了一种能够有效封堵宫颈口的材料。这一非侵入性装置旨在延长胚胎在宫腔内的停留时间，增强胚胎与子宫内膜的相互作用，从而提高着床成功率。同时，多酚超分子网络水凝胶作为载药平台，为胚胎着床提供适宜的子宫微环境，进一步促进着床过程，并提高最终的活产率（图1）。本研究是国际上首次将多酚材料科学应用于解决生殖医学中的重大科学与临床问题，为该领域提供了一种安全、高效、非侵入性的创新解决方案，成功促进移植胚胎的稳定着床。
宫颈作为子宫末端，存在显著的个体尺寸差异，其长纺锤形结构易在经宫颈胚胎移植中因宫缩导致胚胎排出。为此，研究团队基于大量测量的个体宫颈尺寸，设计并打印出具有螺栓状结构的CervPlugTM，通过精准匹配宫颈形态增强机械摩擦。CervPlugTM结合载有黄体酮的EGCG-ZnII纳米复合物水凝胶，实现物理阻隔与生物调控的双重功能。EGCG-ZnII纳米复合物水凝胶发挥抗氧化、抗菌、抗炎作用以及黄体酮缓释作用，协同保护胚胎发育及促进着床。生物安全性实验证实了CervPlugTM不具细胞毒性（图2）。基于根据宫颈尺寸定制的设计，CervPlugTM能有效提高子宫腔内胚胎的保留率，并显著降低胚胎排出风险。力学实验表明，匹配宫颈尺寸的螺栓状结构可使CervPlugTM在宫颈内稳固停留，同时，其移除所需拉力仅为拉断子宫所需拉力的58%，展现出良好的安全性和可控性。力学模拟进一步揭示了CervPlugTM与宫颈之间的生物力学相互作用机制，为其稳定性与临床适用性提供了理论支持（图3）。
研究团队进一步探讨了CervPlugTM在胚胎发育过程中的有益作用，其在胚胎发育过程中展现出良好的生物安全性和促进胚胎着床的潜力。研究显示，CervPlugTM与胚胎共培养时，未引发胚胎凋亡或形态异常，各阶段胚胎发育率（如囊胚形成率达77.55%）与常规培养无显著差异。同时，CervPlugTM通过多酚超分子水凝胶有益组分（如EGCG和孕酮等）显著上调胚胎发育关键基因（如HOXA10、CDX2等）表达，并减少活性氧对胚胎的损伤，增强胚胎着床潜力（图4）。在小鼠胚胎移植模型中，在宫颈处植入了CervPlugTM的实验组胚胎着床率相比于对照组提高了44%，活产幼崽数量显著增加。该装置通过宫颈处的物理屏障阻止胚胎排出，并持续释放孕酮为植入周期提供黄体支持改善子宫微环境：促进子宫内膜腺体增生，并通过调节宫颈处炎症环境（降低TNF-α、IL-6等促炎因子，并提升IL-10等炎症因子表达）维持宫颈健康。此外，CervPlugTM显示出良好的生殖安全性，不影响宫颈纤维的分布，以及卵巢的正常生理功能（图5）。CervPlugTM通过物理屏障与生理调控协同作用，为生殖医学的临床问题提供了新的思路和方法，有望在未来的临床应用中发挥重要作用。
Cell Press细胞出版社公众号特别邀请郭俊凌教授进行了专访，为大家进一步详细解读。
本研究基于植物多酚超分子网络技术，在国际上首次创新性地设计了一种与宫颈尺寸匹配的3D打印宫颈封堵装置（CervPlugTM）。该装置将3D打印技术与多酚超分子网络水凝胶相结合，集物理屏障与生物增强功能于一体，实现了对宫颈微环境的精准调控。CervPlugTM不仅防止了胚胎掉落，为胚胎与子宫提供了足够的相互作用时间，在提高了胚胎的着床与发育潜力的同时也为胚胎着床营造了一个安静适宜的子宫微环境。
在研究过程中，团队面临了诸多困难与挑战：1）实验难：尽管团队深耕植物多酚的医学前沿应用研究多年，但生殖领域却是首次涉足。研究初期，团队在胚胎培养和移植手术中屡遭失败，如何成功掌握胚胎相关实验操作成为了阻碍团队前行的一座大山。为此，团队与四川大学华西第二附属医院生殖医学中心妇产科黄薇主任医师、张曜耀主治医师深入交流，聚焦于促排、取卵、体外授精、老鼠假孕模型构建等操作的每一处细节。历经数次不成功的尝试和探索，总结每次失败经验，逐步优化熟练操作流程，最终攻克了技术难关。2）材料探索难：不同于常规生物安全材料，宫颈封堵装置对材料的安全性要求更为严苛，需具备优异的生殖安全性。为此，团队结合系统性文献调研和临床研究，筛选多种候选材料，并通过实验验证其生殖安全性，最终优化并确定了理想的宫颈塞材料组合，以确保其临床可行性和安全性。
团队的下一步研究计划将集中于进一步探索CervPlugTM的临床转化潜力，推动其在辅助生殖领域的实际应用。我们计划优化宫颈塞的组成与制备工艺，以提升其生物相容性和功能稳定性。同时，将开展更大规模的动物实验，系统评估其在胚胎移植过程中的长期效果及生殖安全性。此外，我们计划与临床机构紧密合作，推进早期临床试验，以进一步验证CervPlugTM在试管婴儿技术中的有效性和安全性，为未来的临床应用奠定坚实基础。
Matter是Cell Press细胞出版社继Chem、Joule之后推出的材料类旗舰刊物，与Cell、Chem和Joule互为姊妹刊。Matter关注跨越多学科领域且具有变革性的材料学研究，聚焦各领域内的优秀先进材料的原理性研究及应用研究，旨在推进材料学在多个学科领域内的发展。我们的研究涉及到多酚材料在生殖医学的应用，属于跨越材料科学与生物医学的交叉领域，与Matter的理念高度契合。同时，Matter拥有高质量的发表平台和快速审稿流程，拥有高度认可的学术影响力，可以让我们的研究快速达到更广泛的读者群体。
陈梅，四川大学轻工科学与工程学院博士研究生，师从郭俊凌教授。主要研究方向：植物多酚基生物质材料在胚胎着床、移植、复发性着床失败等生殖领域的基础科学和应用研究。
代孟源，四川大学生物治疗全国重点实验室博士研究生。主要研究方向：生物质材料与生殖医学交叉学科，针对生殖医学临床中存在的关键问题从材料学角度提出解决方案。
郭俊凌，皮革化学与工程教育部重点实验室副主任，国家特聘计划，四川大学教授，博士生导师。现任教育部重大奖项/人才评委专家、全国学科评估专家、成都市委统战部“欧美同学会”副秘书长、成都市工商联（总商会）专委会专家等。以项目或课题负责人承担国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、四川省重点研发计划等，获得四川“天府峨眉”领军人才，苏州市/高新区领军人才，成都市“蓉漂计划”领军人才，成都市高新区“产业教授”等。曾毕业于四川大学轻工学院（石碧院士、廖学品教授）、墨尔本大学（英国皇家学会院士、澳大利亚科学院院士Frank Caruso），哈佛大学（美国工程院院士、美国医学院院士Samir Mitragotri）。主要围绕植物多酚高值转化与跨领域应用研究，发展了吸附分离体系、药物精准递送体系、细胞工程化体系，共发表论文220余篇，其中以第一/通讯作者发表在Science、Nature、Cell等国际顶级期刊的正刊（Science2018）和子刊（Science Advances2021、Nature Nanotechnology2016、Nature Communications2022、Cell Biomaterials2025、Matter2023, 2025等），总被引8800余次，H指数49，申请及授权中国/美国/PCT专利45项，关键技术实现数亿元产业转化。Kaiyun网站