综述：绿色水凝胶的最新进展与应用：正在革新生物医学和环境可持续性

《Results in Chemistry》：Recent advancement and applications of green hydrogels: Revolutionizing biomedicine and environmental sustainability

绿色水凝胶通过生物基或可持续合成材料制备，具有环境友好、生物降解和生物相容性，广泛应用于药物递送、组织工程、农业和环境修复。尽管其环保优势显著，仍面临机械强度不足、稳定性差及规模化生产挑战，通过混合材料（如多糖与合成聚合物）、纳米增强或智能响应设计（如温敏、pH响应）可优化性能。3D打印和可降解纳米材料为未来创新方向。

　　绿色水凝胶是一种环境友好型材料，它们能够通过使用天然多糖、合成多糖以及半合成多糖作为基本材料来制备。这些材料被视为传统合成水凝胶的可持续替代品，因其非毒性、可生物降解和生物相容性。绿色水凝胶的环保特性使它们在生物医学领域，如药物递送、伤口愈合和组织工程，以及农业和环境修复中具有高度吸引力。它们减少了对不可再生资源的依赖，并最大限度地降低了环境影响，从而成为未来技术的理想材料。

尽管绿色水凝胶具有环保特性，但在实际应用中仍面临一些挑战，包括机械强度较弱、生理条件下的稳定性不足、规模化生产困难以及成本效益低。为了解决这些问题，新兴策略包括混合水凝胶，即结合天然和合成聚合物，纳米技术辅助的结构调控，以及先进的制造技术，如3D和4D打印。这些创新使得水凝胶的结构、孔隙率和适应性得到了精确控制，从而提升了其在生物医学领域的应用潜力。绿色水凝胶代表了下一代生物材料的变革平台。通过整合可持续性、功能性和安全性，它们为再生医学、个性化药物递送和环保材料设计提供了有前景的路径。

在生物医学领域，水凝胶的多功能性使其成为药物递送系统、细胞疗法、癌症治疗和液体微透镜等应用中的理想材料。它们能够根据外部刺激，如温度、光、离子强度和pH值，改变其结构、粘弹性、溶解性和孔隙率。这种特性使得水凝胶在环境敏感的药物递送系统中具有重要作用。同时，水凝胶的分子相互作用，如氢键、疏水力和离子力，也影响了这些变化以及网络形成。这些相互作用使水凝胶能够吸收大量的水和生物液体，同时保持其结构完整性。

为了提高水凝胶的性能和可持续性，研究人员正在探索多种策略。例如，Qi等人设计了基于salecan的共聚物水凝胶，提高了稳定性和控制药物释放的能力。Wei等人开发了salecan-g-PMAPTAC阳离子水凝胶，结合了增强的膨胀行为和更强的结构稳定性。在非医学领域，Qi等人展示了基于多糖的水凝胶在废水处理中的高效吸附能力，提供了高污染物去除率和环境兼容性。这些研究共同展示了如何通过合理的水凝胶设计策略，如多糖整合、电荷功能化和混合架构，来改善水凝胶的性能和可持续性。

水凝胶的分类是多维的，反映了其来源、聚合物组成、交联机制、物理结构、降解性和对外部刺激的响应性。例如，水凝胶可以分为天然、合成和半合成类型，每种类型都有其独特的特性和应用场景。天然水凝胶通常来源于植物、动物或微生物，如海藻酸盐、壳聚糖、明胶、透明质酸和琼脂糖。这些水凝胶具有高度的生物相容性和可生物降解性，但它们的机械强度和再现性较差。合成水凝胶通常来源于合成单体或聚合物，如聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）和聚丙烯酰胺（polyacrylamide）。它们具有较高的再现性和可控的结构，但通常缺乏生物活性和可生物降解性。半合成水凝胶则是通过化学修饰天然聚合物或与合成聚合物混合来克服纯天然或合成系统的局限性，保留了天然来源的生物相容性和生物活性，同时获得了合成聚合物的机械强度、稳定性和可调性。

水凝胶的制备方法多种多样，包括物理方法和化学方法。物理方法如冷冻-解冻循环、离子相互作用和成熟方法，通过非共价相互作用形成水凝胶网络，这些方法通常不需要使用有害化学试剂，从而提高了生物相容性和环保性。化学方法如聚合、接枝、点击化学和光聚合，通过共价键形成水凝胶，通常需要使用催化剂或引发剂。此外，还有其他新兴技术，如乳液模板、酶促交联和3D打印，这些技术能够提供更高的可控性和灵活性。

水凝胶的特性包括其三维结构、亲水性、高吸水性以及对环境刺激的响应性。这些特性使得水凝胶在生物医学领域具有广泛的应用，如细胞培养支架、组织工程、药物递送等。然而，这些特性也带来了挑战，如机械稳定性不足、再现性差和环境影响大。为了解决这些问题，研究人员正在探索多种策略，如引入纳米材料或填料、开发更高效的交联剂以及优化制备工艺。

绿色水凝胶的未来发展方向包括开发多功能水凝胶，使其能够响应多种刺激，如温度、pH值和光。此外，还需要进一步研究其在体内的生物相容性和安全性，以及如何提高其再现性和规模化生产能力。通过整合绿色化学、可再生能源和先进的工业工艺，绿色水凝胶有望成为下一代生物材料的重要组成部分，为再生医学、个性化药物递送和环保材料设计提供有前景的解决方案。