综述：定制化聚合物水凝胶在再生医学和药物递送中的应用：从材料设计到临床应用

这篇综述系统阐述了聚合物水凝胶（Polymeric hydrogels）在再生医学和药物递送领域的突破性进展，重点探讨了其溶胀行为（swelling behavior）、生物相容性（biocompatibility）、机械强度（mechanical strength）等关键特性，并详细分析了从伤口愈合（wound healing）、骨再生（bone regeneration）到眼科（ophthalmology）等临床转化案例，为开发下一代智能水凝胶（stimuli-responsive hydrogels）提供了前瞻性视角。

　　

引言

聚合物水凝胶由亲水性三维网络构成，可吸收超过自身重量400倍的水分（Hoffman, 2002），其独特的"软-湿"特性源于氨基、羧基等亲水基团与物理/化学交联的协同作用。这类材料通过调控溶胀度、降解速率和机械性能（如拉伸应力达920 kPa，Hu et al., 2019），在生物医学领域展现出前所未有的适应性。

水凝胶核心特性

溶胀行为：水凝胶的溶胀能力直接影响药物释放动力学。PLGA-PEG-PLGA体系通过延迟溶胀实现长效药物缓释（Aragón-Navas et al., 2024），而聚乙二醇水凝胶则通过溶胀诱导应变调控牙周膜细胞定向排列（Fraser et al., 2022）。

生物相容性：天然聚合物如丝素蛋白（silk fibroin）与MXene纳米片复合的水凝胶表现出卓越的细胞亲和性（Wang et al., 2025b），点击化学交联的明胶水凝胶更实现30天无炎症降解（Chauhan et al., 2025）。

机械性能突破：通过钙氢氧化物纳米球增强的聚丙烯酰胺水凝胶耐受2200%应变（Hu et al., 2019），而细菌纤维素增强的聚乙烯醇有机水凝胶在-70°C仍保持508 kPa抗拉强度（Yan et al., 2024）。

临床转化应用

伤口愈合：含2%羧甲基纤维素的EHO-85水凝胶通过调节创面pH值，使愈合速度显著优于传统敷料（Verdú-Soriano et al., 2023）。市场领先的Kaltostat?藻酸盐敷料通过钙-钠离子交换形成保湿凝胶，2023年市场规模已达9.2亿美元。

骨再生：壳聚糖水凝胶联合骨移植使临床附着水平从8.7 mm改善至1.6 mm（Meenakshi et al., 2021），而辅酶Q₁₀
/胶原水凝胶在糖尿病患者的拔牙窝中成功诱导哈弗斯系统形成（Ghanem et al., 2022）。

眼科创新：含黄原胶的奈替米星/地塞米松水凝胶（每日2次）与传统滴眼液（每日4次）疗效相当（Mencucci et al., 2022），而采用脂质抗污技术的Lehfilcon A水凝胶使泪膜破裂时间从15秒延长至25秒（Capote-Puente et al., 2023）。

挑战与机遇

当前水凝胶面临机械强度不足（尤其在承重组织应用）、规模化生产一致性等瓶颈。但刺激响应型水凝胶（如pH/温度敏感型）和3D生物打印技术的结合正开辟新路径。Gel-200透明质酸水凝胶治疗膝骨关节炎的临床研究显示，其疼痛评分改善显著优于磷酸盐缓冲液对照组（Strand et al., 2012），预示个性化治疗的新纪元。

结论

随着材料科学与临床需求的深度耦合，水凝胶已从简单的"湿性敷料"进化为可编程的智能治疗系统。未来需聚焦临床转化三要素：可重复性（reproducibility）、监管合规性（regulatory compliance）和成本效益（cost-effectiveness），以释放这类"类生命材料"的全部潜能。