自愈性水凝膠是一種損傷之后能夠實現自我修復的水凝膠，具有動態性質，可以通過結構設計調節物理和化學性能，進行功能化的精確修飾，如引入親水性基團、抗菌基團等，通過改變分子參數、配體／金屬比例、聚合物修飾或者改性等調節機械性能和動態性能，可模仿或與動態生物環境相互作用。此外，自愈性水凝膠可裝載多種生物活性物質，通過結構設計使其具備多種生物刺激響應性，在空間和時間上控制化療藥物、蛋白質或細胞等的釋放。這些獨特的性能使得自愈性水凝膠的設計和制備在藥物遞送、組織工程和再生醫學領域具有廣闊的應用前景。

　　
水凝膠自愈機理

　　水凝膠是由親水性高分子交聯而成的三維網絡體系，不同的交聯方式會賦予水凝膠不同的性質，比如氫鍵交聯、光交聯、pH 響應交聯等。由具有動態特性的交聯網絡構建形成這種材料具有本征性的自愈性，因此設動態可逆的交聯作用是制備自愈合水凝膠的關鍵?？赡娼宦撟饔靡话惴譃榭赡婀矁r鍵作用（如亞胺鍵）和可逆非共價鍵作用（如氫鍵）。一方面動態化學鍵對多種環境刺激具有響應性，另一方面可對外界破壞造成的損傷進行自我修復，能自我調節以適應環境變化，為將自愈性水凝膠開發為自適性多功能智能新材料的發展奠定了基礎。

　　
可逆共價鍵作用

　　1、亞胺鍵和酰腙鍵

　　亞胺鍵，也叫希夫堿，是由伯胺和活性羰基化合物（醛基、酮）發生縮合反應而生成的，具有動態可逆的特性。因此以亞胺鍵為交聯結構的水凝膠具有一定的自愈合性。目前廣泛應用于生物醫用材料中的高分子如殼聚糖、聚賴氨酸、聚乙烯亞胺、葡聚糖、蛋白質及多肽等物質含有豐富的氨基，利用這些高分子來設計亞胺鍵交聯制備的自愈合水凝膠在生物醫學方面有著巨大的應用前景。

　　酰腙鍵也是一種動態可逆的化學鍵，由酰肼和醛基反應生成。酰腙鍵在動態共價鍵中屬于結合較穩定的一類，具有明顯的pH 依賴性。

　　2、Diels-Alder 反應

　　Diels-Alder 反應，又名雙烯加成，由共軛雙烯與烯烴或炔烴反應生成六元環的反應，具有熱可逆性，可用作自愈合水凝膠的化學交聯反應。之前的研究中，科研人員開發了具有彈性、可注射性的多功能水凝膠和基于DA 點擊化學的組織粘合能力用于軟骨組織修復。此外，通過呋喃基和馬來酰亞胺之間的DA 點擊化學形成的環己烯衍生物（氧-降冰片烯基團）可以通過硫醇-烯反應進行有效地與硫醇基團反應，可以用于進一步官能化水凝膠。

　　可逆非共價鍵作用

　　1、氫鍵作用

　　氫鍵是一種比共價鍵和離子鍵作用弱的非共價鍵力，它普遍存在于生物體和化學分子中。氫鍵是一種可逆作用，在高溫下被破壞，低溫下重新形成。因此可以利用氫鍵這一特性來制備氫鍵交聯的自愈合水凝膠。

　　2、金屬配位鍵作用

　　金屬配位鍵是由過渡金屬離子（如Fe3+、Zn2+、Cu2+）提供空軌道、配體（如-OH、-COOH 等基團）提供孤對電子形成的一類化學鍵。金屬配位鍵具有動態可逆的性質，是制備剪切變稀和自愈合水凝膠的一種有效分子設計策略。通過在高分子骨架上共價結合配體分子，并向其中引入金屬離子，即可形成基于配體-金屬配位鍵的交聯點，從而制備出具有自愈合性能的水凝膠。通過選擇不同的配體和金屬離子，可制備出具有一系列不同力學強度的水凝膠，用以滿足不同生物醫學應用中的力學需求。

　　
自愈性水凝膠應用

　　傷口愈合

　　近年來出現了再生性傷口敷料，可有效治療受損的皮膚組織。研究者們提出了許多不同類型的傷口敷料，如薄膜、橡膠、泡沫、納米纖維及水凝膠敷料。這些材料具有保持傷口周圍潮濕環境，吸收組織滲出物和高氧滲透性，以促進佳組織再生的特性。水凝膠具有高水合的３Ｄ聚合物網絡，與干重相比，可以結合多幾倍的水，從而保持傷口的高水分狀態?？梢宰鳛榧毎?、抗菌劑、生長因子、補充劑的載體。水凝膠除了具有良好的注射性、自愈性外，還具有粘附性、生物相容性和抗菌性，對金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌的抑制率分別為９６％和９８％，適合通過注射給藥作用于傷口處，促進傷口的愈合。自愈合性和良好力學性能的抗菌水凝膠作為皮膚和關節傷口愈合的敷料具有重要的應用前景。

　　組織工程

　　組織工程是指將細胞從體內分離后，經體外擴增，搭載于生物相容性良好、化學性質穩定的組織工程支架材料上，再植入體內患處的學科。在細胞培養過程中，組織工程支架材料需要為細胞的生長提供充足的養料、適宜的增殖環境，同時也要具備一定的機械強度，為細胞的體內增殖提供良好的三維結構等。水凝膠本身擁有極高的含水量，可為細胞的體內生長提供良好的營養代謝物質，同時自愈合水凝膠本身的三維立體結構能更好地與體內組織相匹配，其本身的自愈性能為細胞微創植入體內提供了可能，因此自愈合水凝膠在細胞三維培養中被廣泛應用。

　　藥物輸送

　　水凝膠作為藥物載體不僅可定向運載藥物分子、多肽、蛋白等，而且可作為蛋白質或酶的配合物。水凝膠內部的三維網狀結構和貫通凝膠內部的孔道對于運載藥物的擴散以及運載的生物活性分子具有重要意。與其他合成材料相比，水凝膠內部結構與人體組織特性為接近，因此水凝膠在隱形眼鏡、生物傳感、人造皮膚和藥物遞送領域具有廣闊的應用前景。

　　仿生皮膚

　　隨著人工智能和軟體機器人等領域的發展，模仿人體皮膚感知能力和力學性能的多功能傳感器的研發和制備受到越來越多研究者的關注。在化學領域里，特定結構的高分子水凝膠就可以模擬人的觸覺，因為其中的載流子就是電子，和人真實皮膚的工作原理非常接近。

　　電子器件/傳感器

　　可拉伸導電材料在未來各種領域的應用是不可或缺的，例如可拉伸板、柔性儲能裝置、電極、傳感器和可穿戴裝置。為了實現這些目標，關鍵問題是同時引入機械強度和電導率。導電水凝膠由于其優異的柔韌性，良好的電氣特性和可調諧的機械性能而具有一體化潛力。迄今為止，各領域的研究人員中已經廣泛研究了導電水凝膠，例如，應用于柔性超級電容器和傳感器中的導電聚合物水凝膠。

　　自愈合水凝膠可廣泛使用于生物醫用、制備柔性皮膚材料等特殊專業領域。由于其具有良好的親水性、對多種環境刺激響應性、高強度、高拉伸性、高韌性優異的自修復與循環利用性能，水凝膠在生物組織工程和電子皮膚等方面擁有獨到的優勢。但目前自愈合水凝膠材料的制備技術仍不完善，高含水量使其機械性能差，未來自愈合水凝膠材料的研究方向主要在降低生產成本，尋找優方案和配置方法。