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  組織工程作為再生醫(yī)學(xué)的重要分支，正在從“材料替代”邁向“功能重建”的新階段。在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中，水凝膠因其與天然組織相似的高含水性、柔軟性及可調(diào)性能，已成為軟硬組織修復(fù)中最具前景的支架材料之一。然而，傳統(tǒng)水凝膠往往忽視了材料與生物組織“接觸界面”的作用，使其在細(xì)胞黏附、生物整合與信號(hào)調(diào)控方面表現(xiàn)受限，難以適應(yīng)動(dòng)態(tài)復(fù)雜的組織微環(huán)境。為系統(tǒng)梳理界面在水凝膠組織修復(fù)中的關(guān)鍵作用，西北工業(yè)大學(xué)黃河源副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西安交通大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)、解放軍總醫(yī)院等多家單位聚焦水凝膠在界面層級(jí)的功能重構(gòu)問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)通過(guò)類自然的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、化學(xué)組分調(diào)控與功能協(xié)同集成，可顯著提升水凝膠在創(chuàng)面修復(fù)、軟骨替代、神經(jīng)再生、心肌修復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用性能，為多種臨床適應(yīng)癥提供更優(yōu)材料解決方案。

圖1綜述內(nèi)容框架

文章要點(diǎn)

三維設(shè)計(jì)，激發(fā)界面功能潛力

圖2 水凝膠表界面與生物組織中細(xì)胞功能之間的調(diào)控關(guān)系

  該綜述圍繞“表面結(jié)構(gòu)調(diào)控”“化學(xué)組分調(diào)節(jié)”與“功能界面構(gòu)建”三大戰(zhàn)略，提出界面功能化設(shè)計(jì)是提升水凝膠生物性能的核心路徑：

1. 表面結(jié)構(gòu)調(diào)控：

  通過(guò)引入微納尺度圖案（如納米柱陣列、微脊/溝槽結(jié)構(gòu)）模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）微環(huán)境，可有效引導(dǎo)細(xì)胞的黏附、展伸、遷移與分化行為。仿生荷葉、小腸絨毛、蛛絲等多級(jí)結(jié)構(gòu)可分別賦予水凝膠抗菌、防污、增強(qiáng)物質(zhì)交換及力學(xué)承載能力，在皮膚、軟骨、骨等組織修復(fù)中展現(xiàn)廣闊前景。

2. 表面化學(xué)功能化：

  通過(guò)引入多巴胺、氨基、硫醇及陽(yáng)離子基團(tuán)等官能團(tuán)，可實(shí)現(xiàn)水凝膠在濕態(tài)環(huán)境下的強(qiáng)力粘附、抗菌防感染等功能。表面功能基團(tuán)還可與細(xì)胞膜蛋白產(chǎn)生特異相互作用，調(diào)控細(xì)胞黏附和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。同時(shí)，構(gòu)建導(dǎo)電界面可增強(qiáng)與電活性細(xì)胞之間的耦合，推動(dòng)神經(jīng)與心肌組織修復(fù)應(yīng)用發(fā)展。

3.功能界面集成與新興策略：

  水凝膠界面正朝多功能融合與智能響應(yīng)方向發(fā)展，結(jié)合熱、濕度或光響應(yīng)元件實(shí)現(xiàn)界面性質(zhì)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，精準(zhǔn)適配組織修復(fù)不同階段需求。同時(shí)，多層異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抗菌與促黏附功能分層協(xié)同，并結(jié)合3D打印、電紡等制造技術(shù)，提升水凝膠在復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)中的構(gòu)建能力與生物適應(yīng)性。

圖3 指導(dǎo)生物啟發(fā)水凝膠表面設(shè)計(jì)用于組織工程的三個(gè)戰(zhàn)略路徑：微結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)、化學(xué)組成調(diào)節(jié)以及功能表面改性共同促進(jìn)了具有增強(qiáng)生物活性和組織整合能力的水凝膠的開(kāi)發(fā)。

總結(jié)

界面創(chuàng)新，推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)前行

  仿生界面設(shè)計(jì)不再只是表面修飾，而是組織修復(fù)材料性能突破的“核心引擎”。結(jié)合自然結(jié)構(gòu)啟發(fā)、化學(xué)改性技術(shù)和先進(jìn)制造工藝（如3D打印、電紡、微圖案等），未來(lái)水凝膠材料將在以下領(lǐng)域展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景：創(chuàng)傷修復(fù)與感染控制、軟骨/心肌/神經(jīng)等高功能組織再生、可植入醫(yī)療器械與智能生物界面。隨著水凝膠市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，界面工程將成為材料科學(xué)與再生醫(yī)學(xué)交叉融合的重要發(fā)展方向。

  相關(guān)研究成果以“Biofunctional and Interface‐Engineered Hydrogels for Advanced Tissue Engineering”為標(biāo)題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Advanced Healthcare Materials上。本論文第一作者為西北工業(yè)大學(xué)2022級(jí)博士研究生賈犇，通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)黃河源副研究員。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程博士生專項(xiàng)，西北工業(yè)大學(xué)大學(xué)博創(chuàng)基金等項(xiàng)目的資助。

  原文信息：

  Jia B, Zhao X, Wan X, et al. Biofunctional and Interface‐Engineered Hydrogels for Advanced Tissue Engineering.

  Adv. Healthcare Mater., 2025, 2502146.

  https://doi.org/10.1002/adhm.202502146

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