《Acta Biomaterialia》：Injectable Zwitterionic Hydrogels for Biomedical Applications: Design Strategies and Emerging Trends
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本文综述了可注射两性离子水凝胶（IZHs）的设计策略、结构特征及生物医学应用，指出其通过原位凝胶化简化植入流程，结合低免疫原性和抗生物膜性能，在组织修复、药物递送等领域展现潜力，并探讨当前挑战与未来方向。
朱子豪|季健|张鹏
中国浙江省杭州市浙江大学高分子科学与工程学院大分子合成与功能化国家重点实验室，310058
摘要
两性离子水凝胶由于其生物相容性和免疫相容性，在生物医学领域得到了广泛应用。构成这些水凝胶的两性离子聚合物具有电中性但高度极性的结构，这使得它们能够通过离子溶剂化作用形成稳定的水化层。这种坚固的水化层赋予了水凝胶有效的抗污染性能和低免疫原性，使其非常适合体内应用，尤其是在组织修复和药物/细胞输送方面。传统的两性离子水凝胶通常需要通过侵入性手术植入，且常常与周围组织的整合效果不佳。可注射的两性离子水凝胶（IZHs）在克服这些限制方面表现出优势，但其设计仍然具有挑战性。本文概述了IZHs的结构特征、设计策略及其生物医学应用，并讨论了当前面临的挑战和未来的发展方向，以推动这一新一代水凝胶平台的临床转化。
意义声明
本文系统地介绍了可注射的两性离子水凝胶（IZHs），重点关注其设计原理、材料性能和潜在的生物医学应用。与以往关于不可注射水凝胶的综述不同，本文专注于IZHs这一快速发展的生物材料类别，它们结合了两性离子聚合物的固有优势——低免疫原性、良好的生物相容性和抗污染性能——以及原位凝胶化、与不规则组织的贴合性整合和微创输送等特点。通过将基础聚合物设计与实际的生物医学应用相结合，本文填补了文献中的空白，并强调了IZHs在研究和临床应用方面的转化潜力。
引言
两性离子水凝胶是通过两性离子聚合物的化学或物理交联形成的三维（3D）网络结构。这些聚合物带有等量的正电荷和负电荷基团，因此整体上呈电中性。它们高度极性的分子结构促进了与水分子的强烈离子溶剂化作用，从而形成了稳定的水化层[1]。这一独特特性使得两性离子水凝胶具有很强的抗污染能力[[2], [3], [4], [5]]、极低的免疫原性[[6], [7], [8], [9]]以及高亲水性[1]，从而在体内增强了免疫相容性。
基于上述优势，两性离子水凝胶已被广泛应用于组织修复[[10], [11], [12]]、界面相容性改性[13,14]、细胞工程[[15], [16], [17]]、药物输送[[18], [19], [20]]等领域。然而，大多数两性离子水凝胶是通过化学或物理交联形成固定几何形状的，这需要通过手术植入目标组织[[21], [22], [23]]。这种侵入性程序可能导致严重的创伤、较长的恢复期以及术后并发症的风险增加。此外，由于许多植入部位解剖结构高度不规则和复杂，预先制备的水凝胶往往无法与周围组织紧密接触，从而影响其功能性和长期稳定性。手术程序的复杂性也增加了精确治疗的难度。
鉴于这些限制，近年来可注射的两性离子水凝胶（IZHs）的开发受到了越来越多的关注。与传统需要手术放置的两性离子水凝胶不同，IZHs可以通过微创给药方式在体内原位凝胶化，从而减少组织创伤、简化手术过程并降低医疗成本[[24], [25], [26]]。此外，IZHs可以无缝填充不规则的注射部位，实现与周围组织的紧密整合，并在复杂的生物环境中提高界面稳定性和功能一致性。
IZHs在克服传统两性离子水凝胶在生物环境中的局限性方面具有明显优势。本文首先介绍了两性离子聚合物的结构特征和基本性质，然后系统地概述了IZHs的最新设计策略，特别关注其生物医学应用。通过探讨当前的研究挑战和未来的发展方向，本文旨在为研究人员和临床医生提供全面的参考，促进两性离子水凝胶技术从基础研究向临床应用的转化（图1）。
部分摘录
两性离子聚合物的结构多样性
如上所述，两性离子聚合物通常被定义为具有净中性电荷的聚合物。从结构上讲，根据单体中带电基团的分布，它们可以大致分为两类：（1）侧链上正负电荷基团数量相等的聚合物；（2）整体上呈电中性但沿聚合物主链电荷分布不对称的聚合物。
可注射两性离子水凝胶的设计策略
IZHs的制备策略主要基于其交联机制分为两大类：化学交联和物理交联。前者通常能够实现原位凝胶化，并提供更高的结构稳定性；而后者则依靠非共价相互作用形成三维网络。这类水凝胶通常是在体外预先制备的，其可注射性来源于其内在的自修复特性和剪切变稀行为。可注射两性离子水凝胶的生物医学应用
由于具有抗污染性能、低免疫原性和高效的离子导电性，IZHs适用于广泛的生物医学应用。以下部分将重点介绍几个代表性应用，以展示IZHs在生物医学领域的潜力。结论
IZHs解决了传统水凝胶系统的主要局限性，包括复杂的植入程序和对不规则组织表面的粘附不足问题。这些特点以前限制了它们在微创生物医学程序中的应用。结合其固有的抗污染和低免疫原性特征，IZHs在组织修复、植入式设备、生物电子学和药物输送等方面展现出广泛的应用潜力。然而，仍存在一些关键挑战。
作者贡献声明
朱子豪参与了本工作的概念构思、撰写、审稿和编辑工作。季健参与了概念构思，并在审稿和编辑过程中提供了支持。张鹏参与了工作的概念构思，负责整个过程的监督，并参与了撰写、审稿和编辑工作。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本稿时，作者使用了DeepSeek工具对文本的语言清晰度和整体可读性进行了轻微优化。使用该工具/服务后，作者仔细审查了内容，并根据需要进行修改，对发表工作的所有方面承担全部责任。利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
作者贡献声明
朱子豪：撰写——审稿与编辑；季健：概念构思；张鹏：概念构思。
