光响应水凝胶

由于具有无创、高空间/时间分辨率和低污染等特性，光被认为是一种很有前景的触发因素，能够将光信号转化为多种功能的光响应水凝胶也引起了广泛关注。为了实现光控水凝胶，必须将光敏基团共价或非共价地编码到凝胶剂中。最常用的光敏基团包括偶氮苯、二芳基乙烯和螺吡喃、光可逆二聚化基团（如香豆素、蒽和嘧啶衍生物）以及光可分解基团，尤其是硝基苄基衍生物。

基于偶氮苯的水凝胶大多通过其与环糊精（如γ-环糊精、β-环糊精）的经典主客体相互作用构建而成，从而形成一种光活性凝胶剂（或交联剂），使水凝胶具有光控机械性能。最近，Tian和Ma基于此主客体相互作用构建了两种光响应水凝胶系统。在第一个系统中，分别合成了聚β-环糊精（poly-β-CD）和聚α-溴萘（poly-α-BrNP）作为主客体聚合物。此外，还向交联网络中引入了聚偶氮苯（poly-Azo）（图2A）。由于强烈的疏水相互作用，这种水凝胶表现出快速自愈特性，两块水凝胶在1分钟内即可愈合，无需额外刺激。由于聚β-CD的屏蔽效应和刚性特征，可隔离氧气并稳定水凝胶网络，从而在552纳米处获得了显著增强的室温磷光（RTP）（图2B）。此外，当将聚偶氮苯引入RTP水凝胶系统时，构建了一种光响应RTP水凝胶。这是由α-BrNP与偶氮苯之间的疏水相互作用竞争所导致的。在反式偶氮苯存在的情况下，部分与β-CD结合的α-BrNP会被取代，从而抑制了RTP。在254纳米的照射下，反式偶氮苯单元发生光异构化变成顺式偶氮苯并从β-CD中逃逸出来。由于α-BrNP与β-CD之间的包合，RTP强度再次增强。在第二个体系中，聚4-溴-1,8-萘酐（poly-BrNpA）、聚γ-环糊精（poly-γ-CD）和聚偶氮苯通过主客体相互作用整合到水凝胶中，从而构建了一种光可切换的RTP水凝胶（图2C）。除了在聚合物主链中修饰偶氮苯衍生物外，偶氮苯衍生物也可以引入DNA序列中以实现光响应核苷酸。2019年，Willner和Tian66开发了一种基于聚丙烯酰胺和偶氮苯DNA链的光响应水凝胶系统。在这个系统中，设计了两种交联剂。一种是作为记忆和自愈代码的葡糖胺硼酸酯共价键，另一种是作为光响应开关的偶氮苯修饰DNA。偶氮苯以楔形基序插入DNA序列中，其中偶氮苯每隔三个核苷酸出现一次，而互补链则设计为纯核苷酸，未作任何修饰。在紫外线照射后处于顺式态时，熔点（Tm）显著下降，双链解开，形成无定形的准液态。而在反式态时，修饰的偶氮苯增强了互补双链的稳定性，水凝胶得以重新形成。因此，该水凝胶在可逆的紫外线（365纳米）和可见光（λ>420纳米；图2D）照射下实现了形状记忆功能。该水凝胶还表现出光控自愈特性，并具备药物释放功能（图2E和2F）。

（A）主客体聚合物（聚-β-CD）、客体聚合物（聚-BrNp 和聚-Azo）的结构以及通过主客体相互作用实现溶胶-凝胶转变的示意图。（B）i）聚-BrNp 和β-CD 系统、ii）聚-BrNp 和聚-β-CD 溶液系统、iii）聚-BrNp 和聚-β-CD 水凝胶系统、iv）聚-BrNp 和聚-β-CD 溶液系统的光致发光（RTP）发射光谱和发射寿命。经许可转载。64 版权 2014 年，Wiley-VCH。（C）RTP 系统中聚-BrNpA 和γ-CD 之间的主客体相互作用。（D）通过可逆地用紫外光（254 纳米）和可见光（大于 420 纳米）处理实现光触发形状记忆的示意图。（E）通过可逆地用紫外光（254 纳米）和可见光（大于 420 纳米）处理实现自修复的示意图。（F）通过可逆地用紫外光（254 纳米）和可见光（大于 420 纳米）处理，由葡萄糖胺硼酸酯共价键和偶氮苯修饰的 DNA 序列连接的水凝胶的可切换药物释放。

二芳基乙烯（DAE）以其完美的光反应性、热稳定性和抗光疲劳性而闻名，成为在光学器件和开关中应用的有前景的分子。二芳基乙烯在两种异构体状态下的光开关特性，包括独特的吸收和荧光发射，被很好地用作超分子凝胶中的光调节着色剂。例如，在2019年，赵提出了一种基于二芳基乙烯的光响应发光可切换水凝胶（图3A）。水凝胶网络通过二芳基乙烯衍生物和镧系元素/2，6-吡啶二甲酸配合物共价交联。作为发光中心，镧系元素配合物的发光与开环二芳基乙烯没有重叠。但当二芳基乙烯光切换到闭环形式时，镧系离子（Tb3+和/或Eu3+）的发射与二芳基乙烯的吸收重叠，这意味着可以通过荧光共振能量转移（FRET）淬灭发光，并且发光的开/关可以通过光调节。基于这种光触发发光可控水凝胶系统，赵建立了一个保密信息写入/读取系统，信息可在不同光线下实现可逆加密和解密（图3B）。由于与偶氮苯的反式-顺式异构化和螺吡喃的开环-闭环互变相比，二芳基乙烯在光切换过程中几何和偶极变化可忽略不计，因此二芳基乙烯仅限于作为光凝胶剂来控制凝胶的形成或刚度。换句话说，在这里光是二芳基乙烯着色/脱色的独立因素，而非诱导杂化二芳基乙烯凝胶产生独特性能的协同效应。然而，田和张最近报道，二芳基乙烯衍生物也可以作为超分子水凝胶网络的构建单元来调节机械性能。该水凝胶系统通过光致变色的双吡啶取代的二噻吩乙烯（DTE）与L-苯丙氨酸（LPF）以1：1共组装设计而成，具有快速且明显的凝胶-溶胶转变特性。在紫外线（λ=365纳米）照射下，通过DTE中的吡啶部分与LPF中的羧基之间的氢键作用形成了具有DTE的凝胶。在可见光照射下，DTE从闭合形式转变为开放形式，由于噻吩基团的快速旋转，凝胶迅速转变为溶液（图3C）。此外，DTEc中吡啶部分的N与LPF中羧基之间的氢键作用导致电子态变化，将闭合形式的DTE的吸收带转移到更长波长的可见光甚至近红外区域，从而有利于生物相容性更好且穿透力更强的激发（λ>600纳米），位于生物窗口（λ=600∼1200纳米）内。基于这种水凝胶，田和张构建了一个由生物相容性可见光（λ>600纳米）触发的高保真单细胞操作系统，克服了传统纳米移液管单细胞研究中不可避免的对细胞的电或化学损伤（图3D）。

（A）含镧系元素水凝胶的化学结构及光触发发光开关。（B）基于含 Eu³⁺水凝胶（红色单元）、含 Tb³⁺水凝胶（绿色单元）和共掺杂水凝胶（黄色单元）的智能数据加密系统。在不同光照射下，信息可被读出或隐藏。（C）i）DTE-LPF 水凝胶的光触发形成与变形，ii）基于水凝胶-纳米移液管系统的高保真单细胞注射示意图，iii）注射体积与记录时间关系示意图。（D）面板 I，细胞 1（注射 480 fL 纯水凝胶）与细胞 2（正常细胞）的细胞活力比较，细胞 1 和细胞 2 均对细胞 3（死细胞）表现出吞噬作用；面板 II，注射不同体积载药水凝胶后细胞活力随时间变化；面板 III，注射 120 fL 载药水凝胶（橙色）和 480 fL 纯水凝胶（黄色）后的细胞活力。

螺吡喃（化合物）是另一种典型的光致变色分子。在紫外线（300-400纳米）照射下，非极性的疏水性闭合螺吡喃光异构化为带正负电荷的亲水性开环型螺吡喃。开环型螺吡喃在加热或可见光（大于490纳米）照射下会重新变回闭合螺吡喃。而在水溶液中，螺吡喃更倾向于带正负电荷的开环型。在可见光照射下，开环型螺吡喃会暂时光异构化为闭合螺吡喃，若没有持续或脉冲照射，会因热作用重新变回开环型螺吡喃。这种光致变色的亲水-疏水相互转换引起了广泛关注。2011年，Kanamori制备了一种基于甲氧基取代螺吡喃衍生物的光控体积可调凝胶，并评估了甲氧基取代位置对凝胶溶胀率的影响。螺吡喃衍生物和聚（N-异丙基丙烯酰胺）通过热诱导自由基聚合在凝胶网络中共价交联，从而获得螺吡喃修饰的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（p(Sp-PNIPAM)）。在蓝光（436纳米）照射10分钟后，这种p(Sp-PNIPAM)凝胶收缩超过40%，并在盐酸（水溶液）中自发膨胀。基于这种光诱导收缩凝胶，金森（Kanamori）构建了一个玻璃珠输送系统（图4A）。在该系统中，一个玻璃珠被困在一个坑内，坑内放置了一片状的p(Sp-PNIPAM)凝胶。蓝光的可逆照射诱导凝胶收缩和膨胀，从而实现对珠子的捕获或推离。最近，斯图普（Stupp）的研究小组也报道了一种基于p(Sp-PNIPAM)的光响应驱动系统。与金森的系统不同，肽两亲分子被共价结合以促进水分子在水凝胶网络中的扩散，从而实现更快的收缩和膨胀。此外，还构建了一种光响应快速弯曲-变平的水凝胶驱动器以及一种光激活驱动器。这项工作阐明了光激活驱动的清晰机制，并为刺激响应仿生材料提供了新的设计原则。除了形态和亲水亲油性的变化外，螺吡喃衍生物在超分子自组装过程中的光异构化还经历了可逆的光学和旋光性变化。基于这一特性，刘的研究小组设计了一种螺吡喃功能化的对映体谷氨酸凝胶剂，在自组装过程中实现了圆二色谱（CD）和圆偏振发光（CPL）的四重旋光性信号光开关（图4B）。在凝胶中发现，处于闭合形式时，这些凝胶剂倾向于自组装成双层结构，然后通过氢键和π-π堆积形成螺旋结构。经过紫外线照射后，处于开放形式的螺吡喃中的两个芳香环处于同一平面，螺旋结构变成非旋光性纳米纤维。因此，在凝胶中实现了旋光性光开关。此外，在这个光开关过程中，还表现出蓝色和无色之间的可逆颜色变化，并开发出一种可重写超过30次的可重写凝胶。

（A）（i）螺吡喃的异构化示意图、p(Sp-NIPAAm)链的水合作用行为以及p(Sp-NIPAAm)凝胶的溶胀行为，（ii）p(Sp-NIPAAm)凝胶的单体和聚合物的化学结构，（iii）光触发微输送系统的机制。（B）（i）螺吡喃功能化对映体谷氨酸凝胶剂的化学结构及其在闭合形式（无色）和开放形式（蓝色）之间的光切换转变。在紫外线照射前后SP-LG凝胶的扫描电子显微镜图像，（ii）无色凝胶（SP-LG/DG凝胶）与凝胶剂自组装成纳米纤维的蓝色凝胶之间的光切换转变示意图，（iii）具有复杂图案的可重写SP-LG凝胶的示意图。

具有光触发动态共价基团的功能基团为水凝胶的光凝胶化和光降解提供了另一种途径。广泛使用的香豆素衍生物可发生光可逆的环加成和环异构化反应，是构建刚度可调水凝胶的热门构建单元。例如，桑德斯报道了一种通过在聚合物中引入香豆素官能团实现光固化水凝胶的方法。在365纳米光照射下，聚合物通过香豆素二聚化交联形成刚性水凝胶。而在254纳米光照射下，交联键通过光触发的环异构化反应断裂，从而得到刚度较低的水凝胶（图 5A）。除了环加成反应，卡洛还探索了另一种有趣的策略，即硼酸酯共价交联键可以被光动态控制。在此策略中，设计了一种邻偶氮苯硼酸（图 5B）。由于邻偶氮苯结构的改变，在 470 纳米/365 纳米光照射下实现了可控且可逆的水解和酯化反应。基于这些动态共价交联构建了一个水凝胶网络，并实现了光控软化和硬化。

（A）基于动态光触发环异构化实现的可逆刚度调节原理图。（B）通过相邻光异构化控制的动态共价交联的构建以及与基于光环异构化或主客体相互作用的先前刚度调节策略的比较。（C）通过席夫碱反应在预凝胶聚合物和创伤组织表面实现光触发交联的原理图。（D）液态绷带水凝胶的示意图以及在预凝胶溶液和皮肤、心脏和肝脏表面经紫外线照射后通过席夫碱反应实现光触发交联的原理图。（E）（i）水凝胶成分，（ii）水凝胶形成，（iii）o-硝基苄基到 o-硝基苯甲醛基团的光触发转化，（iv）水凝胶中蛋白质的光共轭的原理图。

邻硝基苄基衍生物（o-NB）作为经典的光可裂解基团之一，在从生物分子激活、目标货物递送到具有可调空间和时间特性的水凝胶基质等多种应用中得到了利用。与光异构化不同，尽管不可逆，但o-NB基团通常能实现更彻底的转化，并对功能产生更显著的影响。在某些情况下，o-NB基团是构建功能性水凝胶的更优选择。例如，在再生医学和组织工程领域，修复材料与创伤组织之间的整合对于抑制感染和加速伤口愈合过程至关重要。为了与形状不规则的组织缺损实现完美匹配，一种方法是原位凝胶化，另一种方法是在创伤组织与伤口敷料的界面进行共价键合。2016年，朱的研究小组95报道了一种基于o-NB基团的组织可整合水凝胶（图5C）。在此系统中，邻硝基苯（o-NB）在透明质酸（HA）上进行化学修饰以获得HA-NB，并且在预凝胶溶液中还引入了另一种含-NH2的聚合物（例如，碳二亚肼、壳聚糖二醇、聚乙烯亚胺）。在365纳米的照射下，o-NB基团转化为邻硝基苯甲醛基团，聚合物通过席夫碱反应交联。此外，组织表面也富含-NH2。在凝胶化的同时，水凝胶通过化学键与创伤组织结合。因此，在一个水凝胶系统中实现了光触发的原位凝胶化和组织粘附，为构建一体化水凝胶提供了一种创新且具有指导意义的方法。最近，徐的研究小组也设计了一种基于o-NB基团和席夫碱反应的液体绷带水凝胶（图5D）。在这种液体绷带中，o-NB基团被共价引入羧甲基壳聚糖聚合物中。在紫外线照射下，由o-NB转化的邻硝基苯甲醛基团与创伤组织上的-NH2以及羧甲基壳聚糖之间发生席夫碱反应，从而在原位同时实现凝胶化和粘附。这种水凝胶能够抑制创伤组织表面的大出血和感染，有望成为急性创伤患者的急救材料。除了用于伤口敷料外，三维（3D）细胞培养是水凝胶的另一个常见应用。具有可调生化和物理微环境的光响应水凝胶能够将光信号转化为生化信号，为细胞命运的定向提供了有力工具。因此，通过光图案化技术在水凝胶内部或表面图案化生物活性基团，因其具有高时空分辨率和高效控制能力而备受关注。2019年，Zhu报道了一种用于3D细胞培养的仿生水凝胶支架，通过光图案化技术实现了细胞命运（包括存活、铺展和迁移）的光触发调节（图5E）。在该系统中，o-NB基团共价修饰在透明质酸（HA）上。在紫外线光图案化后，水凝胶目标区域内的o-NB基团被转化为o-亚硝基苯甲醛基团，携带RGD的牛血清白蛋白通过席夫碱反应在特定区域固定在水凝胶中。因此，光信号被转化为水凝胶微环境的变化，从而引导细胞行为。与通过光点击反应进行光图案化相比，这种方法避免了添加光引发剂和自由基的产生，从而优化了生物相容性，有利于未来的应用。

2 热响应水凝胶

热响应水凝胶是指在温度变化时表现出结构和机械性能变化的水凝胶。这种热响应通常是由水凝胶中含有的热响应聚合物所引起的。这些热响应聚合物具有下临界溶解温度（LCST）或上临界溶解温度（UCST）。对于具有LCST的聚合物，当温度高于LCST时，聚合物倾向于发生相分离，而当温度低于LCST时，又会恢复为单相。与具有LCST的聚合物相反，具有UCST的聚合物在温度低于UCST时会发生相分离，而在温度高于UCST时又会恢复为单相。应当指出的是，由于弱相互作用，基于非共价交联的超分子水凝胶也表现出热响应行为，但本文不对此进行讨论。尽管存在多种热响应聚合物，例如聚3-[N-(3-甲基丙烯酰胺丙基)-N,N-二甲基]氨基丙烷磺酸盐（SPP）、聚（2-甲氧基乙基乙烯基醚）（MOVE）、聚（2-乙氧基乙基乙烯基醚）（EOVE）、聚低聚（乙二醇）甲醚甲基丙烯酸酯（OEGMA）、聚二（乙二醇）甲醚甲基丙烯酸酯（MEO2MA）等等，但最常用的还是聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）及其衍生物。PNIPAM含有亲水性的酰胺基团和疏水性的异丙基基团。通常，PNIPAM在水中的低临界溶解温度（LCST）范围为32°C至35°C。当温度低于LCST时，PNIPAM聚合物上的酰胺基团通过氢键和偶极-偶极相互作用与水分子形成强而稳定的相互作用，使聚合物链或水凝胶具有亲水性并膨胀。当温度高于LCST时，酰胺基团与水之间的相互作用变弱。异丙基基团的疏水效应增强，促使聚合物链聚集并驱赶水分子，从而表现出相分离。有趣的是，介电常数（EP）在温度变化时也会随着相变而发生可逆变化。2015年，基于这些物理化学和静电特性，相田开发了一种基于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的热响应水凝胶系统，在该系统中，各向同性能量被转化为机械运动，并且在加热和冷却时可作为单向驱动器工作。在这个系统中，PNIPAM被引入以控制水凝胶的介电常数，水凝胶水合时介电常数低于低临界溶解温度（LCST），而水凝胶脱水时介电常数则高于LCST。在磁场作用下，还将钛酸盐（IV）纳米片（TiNS）引入水凝胶系统以获得各向异性的静电排斥力。当温度高于LCST时，脱水的水凝胶具有较高的介电常数，表现出强烈的各向异性静电排斥力，并处于膨胀状态。而冷却时各向异性静电排斥力减小，水合的水凝胶在低于LCST时处于收缩状态。随后构建了一个L形对称水凝胶驱动器。在可逆的加热和冷却条件下，水凝胶驱动器实现了单向行走。这项研究在生物医学应用方面展现出广阔前景，并为水凝胶驱动器的设计提供了新的原则。2018年，Aida研究小组134报道了另一种水凝胶驱动器，它基于类似的热响应PNIPAM/TiNS系统能够实现蠕虫般的爬行。在这个系统中，PNIPAM和TiNS分别提供了可调的膨胀势能和各向异性的静电排斥力。与之前的系统不同的是，还引入了金纳米粒子，使水凝胶能够对近红外光产生响应（图6A）。在可见光激光或近红外光照射下，水凝胶被加热，并在0.5秒内膨胀至其原始长度的80%，且体积保持不变。凭借这种快速且大幅度的热响应驱动，水凝胶棒能够朝着与光扫描相反的方向进行蠕虫般的爬行（图6B）。

（A）（i）热响应水凝胶驱动器的单体和带负电的钛酸盐纳米片（TiNS）的结构，（ii）在磁场中制备热响应 TiNS/AuNP 水凝胶的示意图，其中 TiNS 呈共面取向，（iii）从平行（左）和垂直（右）方向观察 TiNs/AuNP 水凝胶的图像。（B）（i）蚯蚓的爬行过程示意图，（ii）圆柱形加工的 TiNS/AuNP 水凝胶驱动器及其在 445 纳米激光扫描下的光触发爬行过程的快照，（iii，iv）在 445 纳米激光可逆扫描下随时间变化的长度和位置变化。

尽管基于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的热响应水凝胶在软仿生装置领域表现活跃，但其在生物医学领域，如生物效应释放以及组织工程和再生方面也展现出巨大潜力。最近，马的研究小组利用N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物构建了热响应水凝胶微球，以模拟心肌细胞外基质（ECM）的天然特性，并成功将心肌细胞移植到梗死区。在本研究中，水凝胶微球在室温（25°C）下呈液态，而在生理温度（37°C）下则会凝胶化（图7）。PNIPAM的这种物理化学特性允许细胞注射和原位ECM形成，从而实现移植细胞的保留和心脏再生，这一发明为各种组织修复提供了有前景的移植载体。

（A）基于 N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物的热响应水凝胶的示意图组装结构。（B）基于 N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物的热响应水凝胶制备的纳米纤维凝胶微球的共聚焦荧光图。（C）（i）N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物（23/68/9 质量比）在 25℃下的凝胶化过程，（ii）N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物（23/68/9 质量比）在 37℃下的凝胶化过程，（iii）L-乳酸和乙二醇共聚物（89/11 质量比）在 37℃下的凝胶化过程，（iv）N-异丙基丙烯酰胺和 L-乳酸共聚物（27/73 质量比）在 37℃下的凝胶化过程，（v）N-异丙基丙烯酰胺、L-乳酸和乙二醇共聚物（34/52/14 质量比）在 37℃下的凝胶化过程。

3 磁场/电场响应型水凝胶

与光或其他非接触式刺激不同，磁场和电场在需要在狭窄和小区域进行非侵入性精细操作的应用中展现出独特的优势。因此，能够实现结构变形/机械位移与磁场/电场信号之间转换的磁/电响应型水凝胶，在仿生和软体机器人材料、药物输送、以及生物技术和生物医学工程领域引起了普遍关注。最近，杜的研究小组报道了一种头部含有钕铁硼微粒的微型机器人。这种磁场响应型微型机器人表现出可控爬行、摆动、滚动和螺旋推进等多种功能，为智能仿生机器人提供了指导原则（图8A）。磁场也是一种很有前景的远程能量供应燃料。西蒂及其同事设计了一种结合3D打印和Fe3O4磁性粒子的微型游泳器。通过双光子微打印构建的双螺旋水凝胶游泳器能够在旋转磁场中游泳（图8B）。此外，这种水凝胶可生物降解，并能实现靶向药物输送。

（A）（i）基于水凝胶的毫米级机器人的示意图制备，（ii）磁场响应水凝胶薄膜的多模态运动，（iii）跨越障碍物的多模态运动的快照和可视工作空间。经许可复制。167 版权 2020，Wiley-VCH。（B）（i）基于水凝胶的微游动器的 3D 模型及其在诊疗药物释放中的应用，（ii）在旋转磁场下基于水凝胶的微游动器的设计和游动轨迹快照，（iii）基于水凝胶的微游动器通过 MMP-2 酶的降解，（iv）用微游动器降解产物处理的 SKBR3 乳腺癌细胞（活细胞：绿色，死细胞：红色）。

同样地，Bian及其同事报道了一种磁控细胞黏附平台。在该平台中，RGD接枝磁性Fe3O4纳米粒子被修饰在甲基丙烯酸透明质酸上。通过磁场的定向调节，Fe3O4的上下移动导致RGD的暴露或隐藏，从而触发细胞的黏附或脱落（图9A）。这种方法实现了从磁信号到细胞行为（包括细胞黏附、铺展、迁移和分化）的转化，展现出良好的临床应用潜力。除了通过载荷影响生理过程外，材料本身也可用于生物调节。诸如成纤维细胞、角质形成细胞、肌肉、骨、神经、心脏和间充质干细胞等细胞对电信号敏感，可通过电活性材料进行刺激，从而进一步促进细胞黏附、增殖、迁移和分化。Ma的团队开发了一系列用于皮肤伤口愈合的导电水凝胶。在该系统中，引入季铵化壳聚糖衍生物和聚苯胺以增强抗菌活性、导电性和自由基清除能力。由于在生长因子上调、胶原蛋白沉积和肉芽组织促进方面表现出色，水凝胶加速了皮肤伤口愈合（图9B）。

（A）（i）细胞调节平台示意图。RGD 接枝磁性 Fe3O4 纳米粒子在向上或向下的磁场作用下呈现暴露或隐藏状态，从而触发细胞黏附的激活或失活，（ii）接枝 RGD 的磁性 Fe3O4 纳米粒子修饰在甲基丙烯酸透明质酸上的化学结构。经许可转载。169 版权 2020 年，美国化学学会。（B）（i）抗菌抗氧化电活性可注射水凝胶的化学结构和构建示意图，（ii）使用基于季铵化壳聚糖-g-聚苯胺（QCSP）和苯甲醛基团功能化的聚（乙二醇）-共聚（癸二酸甘油酯）（PEGS-FA）浓度为 1.5%（QCSP3/PEGS-FA1.5 水凝胶）、基于季铵化壳聚糖（QCS）和 PEGS-FA 浓度为 1.5%（QCS3/PEGS-FA1.5 水凝胶）的水凝胶以及商业 tegaderm™ 薄膜处理的伤口在不同时间的愈合过程和第 15 天的肉芽组织。

水凝胶是一种由小分子、聚合物或两者共同构成的软性材料，被称为凝胶剂。在水凝胶内部，凝胶剂包括天然来源（肽、核酸和多糖）、合成聚合物或小分子，通过非共价键（氢键、供体-受体相互作用、金属配体、主客体相互作用等）、共价键或两者结合形成三维网络，由于其含水量高（>95%），具有很高的分子柔韧性。1 水凝胶网络具有高吸水能力和机械可调性，能够吸收大量生物体液，为生物组织提供类似环境，使其成为多种生物应用的有前景材料。

参考文献：doi.org/10.1002/viw.20200112

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