为提升分析化学的灵敏度与选择性，人们对其可持续性展开了深入研究[1]。传统的分析流程往往依赖有害有机溶剂、不可再生的分离介质以及高能耗的分析仪器，这些做法严重加剧了资源消耗与环境恶化的问题[2]。为此，绿色分析化学应运而生，其核心理念便是有针对性地设计分析流程，从而降低其对生态环境和人类健康的负面影响[3]。绿色化学的十二项原则为这一理念提供了基础框架，其中“预防废物产生”“设计更安全的化学品”以及“提高能源效率”等原则，对于开发更绿色的分析方法尤为重要[4]。基于这一框架，本综述旨在探讨那些能够推动分析化学向更绿色、更可持续方向发展的材料[5]。
已有不少材料在绿色分析化学领域展现出巨大潜力，它们能够帮助实现更高效、更环保的分析流程。例如，金属有机框架具有极高的比表面积和可定制的孔结构，能够在常温和常压条件下实现高效的气体吸附和小分子分离，从而为传统低温蒸馏技术提供一种更节能的替代方案[[6], [7], [8]]。共价有机框架则凭借出色的化学稳定性和有序的孔结构，可作为稳定的色谱固定相，实现高分辨率的分离，且不会发生金属溶出现象，同时也不需要使用强腐蚀性的流动相，其可重复使用的特性还能有效减少废弃物产生[[9], [10], [11]]。不过需要指出的是，要对材料的环保性进行全面评估，必须考虑其整个生命周期——从原材料的提取与合成，到实际使用，直至最终处置。通常情况下，MOF和COF的合成需要高温溶剂热条件、有机配体，以及可能具有毒性的金属前驱体，这些因素可能会抵消其在应用阶段的优势；而且它们使用后的处置与回收问题也尚未得到充分研究。此外，当处理水样或生物样本，或者需要材料与软组织相兼容并具备智能响应功能时，这类材料固有的“刚性”以及“生物相容性较差”的特点就会带来诸多挑战。
相比之下，水凝胶因其以水为基质的网络结构以及类似组织的机械性能，自然而然地克服了上述局限性，因此成为应对这类高要求分析场景的理想材料[12]。所有水凝胶都具有两个关键特性，使其特别适合用于绿色分析化学领域：其一，它们具备天然的生物相容性，能够与生物系统良好相互作用[13]；其二，其结构可被精准设计，从而实现对物质传输速率及对刺激响应能力的精确控制，且无需使用有害试剂或溶剂[[14], [15], [16]]。然而，要将这种潜力转化为实际的分析装置，还需要克服水凝胶本身的固有缺陷：虽然其柔软且含水的特性有利于保持生物相容性，但却往往会降低其机械强度、运行过程中的尺寸稳定性，以及物质传输效率[[17], [18], [19]]。不过，这些挑战也推动了相关研究的创新：通过分子与结构设计，研究人员不断优化水凝胶的性能，以便在保持绿色特性的同时提升分析性能[20,21]。
尽管相关研究日益增多，但关于这一主题的综述文献仍然十分零散。通过Web of Science数据库检索（主题为“水凝胶”，时间范围2015–2025年，类型为综述），可找到约12,000篇相关文章，但若同时限定主题为“水凝胶”且“分析化学”，则仅能检索到74篇。12,000篇与74篇的巨大差异表明，虽然水凝胶已经有了大量相关研究，但真正涉及其分析应用的综述极少，从绿色化学角度展开研究的更是少之又少，而且还没有任何综述能够完整涵盖从分子设计到系统级智能功能的整个链条。
例如，常见的通用水凝胶综述大多侧重于介绍材料的基本性质、交联机制，以及组织工程、药物递送等生物医学应用，而对分析应用的相关讨论则相对较少[22,23]。关于绿色分析化学的综述通常会探讨分析流程中的溶剂选择、废物最小化以及能源效率提升等问题，但往往不会系统地阐述如何通过设计水凝胶基材料来实现这些目标[24,25]。针对水凝胶传感平台的综述虽然涵盖了多种信号转换机制和装置结构，但大多侧重于功能描述，而忽视了从设计到实际应用的完整流程，也很少将绿色化学标准作为核心设计指标[26,27]。同样，关于可穿戴水凝胶系统的综述往往关注其机械柔顺性、皮肤相容性以及信号采集能力，而对材料来源、产品寿命终结后的处理等更广泛的可持续性问题关注不足[28,29]。而关于可持续材料的综述则通常侧重于原料的可再生性以及可生物降解的替代材料，很少将“智能”和“循环”这两个维度与“绿色”理念结合起来考虑[30,31]。
正因如此，目前仍然缺乏一份全面且系统性的综述，能够覆盖分离、抗污染、传感、生物集成以及跨领域集成系统这五个关键应用领域。本综述正是为填补这一空白而撰写的，它系统地介绍了水凝胶的分子工程、绿色合成、功能化处理以及各类应用场景，同时还提出了“绿色-智能-循环”的理念，用以统筹兼顾可持续性、智能化以及循环利用这三个方面。
基于“材料性能决定功能，设计决定应用”这一基本思路，本综述首先详细阐述了如何将绿色化学原则融入水凝胶的设计中，从而优化其性能以适应分析应用的需求（第2节）。在第3节中，本文将探讨这些经过精心设计的水凝胶在多个重要应用领域的表现，包括高选择性分离介质、稳定的抗污染界面、智能响应型检测系统、具有生物相容性的现场检测装置，以及跨领域集成的多功能平台。这些研究结果不仅为材料科学领域提供了全面的视角，也为下一代循环型分析技术的研发奠定了理论基础（第4节）[32,33]。这一概念框架可概括为“绿色-智能-循环”理念：“绿色”指的是注重整个生命周期的材料设计，以及使用可再生、无毒的原料；“智能”指的是材料具备对刺激的响应能力、适应性以及自主运作功能；“循环”则意味着在整个分析流程中实现闭环回收、装置可重新配置，以及最大限度地减少废弃物产生。图1直观展示了水凝胶作为绿色分析材料的应用前景。
