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自愈合水凝胶的应用概述

1.1水凝胶

水凝胶是一种以大量水为分散介质、由高分子材料相互交联构成三维网状结构的体系，其质地柔软且能保持一定形状。水凝胶有许多分类方式，根据不同的合成原料，可以分成天然型水凝胶、半天然型水凝胶以及合成型水凝胶；根据交联方式的区别，可以分为化学交联水凝胶和物理交联水凝胶；根据其降解性能，可分为可降解型水凝胶和非可降解型水凝胶[15。由于构成水凝胶聚合物的主链或者侧链上含有-OH、-COOH等亲水基团，能与水形成氢键，因此水凝胶具有很强的保持水分能力[16]。它不溶于水，但是在水中吸水溶胀明显，最大甚至能溶胀至本体积的几千倍左右。正是水凝胶这一独特的与细胞外基质类似的可溶胀大量水的三维网络结构特征，使其成为模拟生物体软组织材料的最佳选择，在生物医学领域应用广泛。

1.2自愈合水凝胶

将传统高分子水凝胶植入人体，一旦发生破损便难以修复，这不仅缩短了凝胶的使用寿命，也严重威胁着病人的生命安全。生物体具有从分子水平到宏观水平的自我修复现象，机体受到损伤后，在一定的条件或刺激之下，能够实现自愈合，恢复到未受到损伤时的状态。将自愈合这一生物学概念拓展到生物医用材料领域，制成的自愈合水凝胶受到损伤后能进行自我修复，其自愈合性能是由具有动态特性的交联网络形成的，这种动态化学键可以对多种环境刺激产生响应，也可以对外界破坏造成的损伤进行修复，通过自我调节来适应环境的变化17]。

1.3自愈合水凝胶的应用

近年来，具有良好生物相容性、生物可降解性以及优异机械性能的自愈合水凝胶，引起了越来越多国内外研究者的兴趣，作为一种生物组织功能材料被广泛用于生物医学领域。

(1)止血与促进伤口愈合

水凝胶因其三维网络状结构、优越的吸水保湿性和生物相容性，在止血和促

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进伤口愈合方面发挥了独特的作用，其不仅能够促进伤□快速凝血，还能起到抗炎和促进愈合的作用，满足了患者对创面愈合的更高追求。Zhao等人研制了一种可注射的抗菌导电低温水凝胶，与传统的明胶海绵和纱布相比，该水凝胶能更好地促进凝血，并且具有血细胞和血小板粘附活化能力[18]。乞超等人用甲基丙烯对丝胶蛋白进行修饰，制得的丝胶蛋白水凝胶不仅能够促进伤口处血管再生，提高伤口修复速度，而且对炎症反应具有抑制作用，是一种潜在的伤□修复材料

[191。

(2)药物载体

自愈合水凝胶内部结构呈三维网络状，孔道贯通凝胶内部，这对搭载药物并控制药物释放具有重要的意义。Hu等人开发的复合水凝胶作为药物载体，搭载阿米卡星在发炎部位进行药物释放，可以有效地杀灭细菌，降低周围组织的炎症反应201。陈雪鋆团队研制出一种水凝胶，负载新型磁性明胶微球，具有良好自愈性、磁性以及药物缓释性能，搭载药物时能在外部磁场的引导下快速、准确地到达靶点，实现药物的定向缓释[211。

(3)细胞载体

大量研究表明，自愈合水凝胶细胞相容性良好、细胞释放能力优异，因此可以潜在地用作细胞递送的载体。Dong等人研发的可注射自愈合导电水凝胶搭载心肌细胞，注射后细胞形态没有明显变化，细胞数量没有显著减少，细胞活性保持良好，因此该水凝胶在作为细胞递送载体治疗心肌梗死方面具有一定的应用潜力8。

(4)神经修复

在神经修复方面，自愈合水凝胶也发挥着较大的作用。Ting-ChenTseng等人合成了一种具有优异自固化性能的可注射水凝胶，神经干细胞在该水凝胶中的生长速度加快两倍，且具有更大的分化成神经元细胞的趋势[22]。张恩勉等人研发的可注射自愈合水凝胶在不需要添加其他任何物质便可有效促进胎鼠大脑皮质神经干细胞向神经元分化，同时限制其向胶质细胞方向分化23。

(5)骨缺损修复

将自愈合水凝胶用于骨修复也是当前水凝胶研究的热点。NejadnikMR等人研制出一种纳米复合水凝胶，自愈合性能良好、粘附性能优异，凝胶状态稳定，

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并且在动物体内具有生物可降解性，当其植入到骨缺损部位时，可以有效促进该缺损部位的骨再生，并且不会引起不良反应241。Sen等人也制得了一款可以支持骨和软骨组织再生的可注射自愈合水凝胶125。

(6)电子传感器

导电水凝胶作为一种新颖的功能材料，因其同时具备良好的导电性能和水凝胶的特性而得到研究者们的广泛关注。近年来，随着对导电水凝胶研究的深入，其实际应用也得到了拓展，如电子传感器、电子皮肤等。Pang等人制造的具有优异机械性能、快速自修复性能、出色热敏性能的多功能纤维素导电水凝胶可直接附在人体皮肤上，用作应变传感器对各种人体运动进行实时监测[16。Zheng等人研制出的基于纳米纤维素-石墨烯支撑的可拉伸、自修复导电水凝胶同样也具有较高的机械稳定性、应变水平、断裂伸长率以及自愈合效率[26]。

参考文献

[1]刘