《Frontiers in Soft Matter》：Recent advances in stimuli-responsive hydrogels for food, biomedical, and tissue engineering applications
刺激响应性水凝胶是亲水性三维聚合物网络结构，能够响应外部环境变化（如温度、pH、光、电场、磁场及酶）而动态调节其性质。其物理化学性质与网络架构易于调控的特性使其在各类应用中相较于传统水凝胶更具优势。本综述概述了刺激响应性水凝胶的最新进展，并批判性讨论了其在组织工程、食品技术、伤口愈合、可控药物递送及再生医学领域的发展。代表性实例展示了响应性水凝胶系统如何改善细胞递送、组织再生、活性食品包装、靶向营养素释放及感染控制。此外，本综述还涵盖中子散射技术（包括小角中子散射（SANS）、中子反射率（NR）及准弹性中子散射（QENS））在阐明水凝胶网络结构、界面性质及跨多长度和时间尺度分子动力学方面的作用。最后，讨论了与可扩展性、生物相容性、监管审批及商业化相关的当前挑战，并展望了将智能自修复水凝胶技术转化为食品、生物医学及组织工程实际应用的未来前景。
1 引言
水凝胶是由亲水性聚合物链构成的柔软三维交联网络结构，能够吸收并保留大量水分或生物液体而不改变其三维结构。凭借生物相容性和生物降解性，水凝胶已被研究数十年，并应用于组织工程、药物递送及功能材料等领域。例如，聚（甲基丙烯酸2-羟乙酯）（pHEMA）是已知首个设计用于人体的合成生物材料。近期使用的水凝胶与早期相比有显著差异，其设计旨在克服传统水凝胶存在的诸多局限，如材料强度不足等。
刺激响应性水凝胶是一类智能水凝胶，可响应外部刺激在凝胶态与溶液态或凝胶态与固态之间切换。这些刺激包括磁场、电场、超声辐照、热、pH、酶及其他外部条件。刺激响应性水凝胶已用于食品、生物医学及组织工程等多种应用。将微米和纳米颗粒掺入刺激响应性水凝胶中，使其成为光学和电子应用的重要候选材料。在分子水平上，刺激响应性水凝胶的响应源于交联网络内聚合物-聚合物和聚合物-溶剂相互作用的可逆变化。当暴露于外部刺激时，网络中吸引力与排斥力之间的平衡被改变，导致水凝胶发生溶胀或去溶胀、网孔尺寸和孔隙率变化、微观及宏观相分离，甚至可逆的溶胶-凝胶转变。例如，基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）的热响应水凝胶在其低临界溶解温度（LCST）附近表现出体积相转变，聚合物链从水合态转变为致密脱水态。类似地，基于丙烯酸或乙烯基吡啶的pH响应水凝胶可因酸/吡啶基团电离而发生溶胀/去溶胀，而含偶氮苯基团的光响应水凝胶可通过紫外-可见光诱导的分子顺反异构化发生结构重排。
刺激响应性水凝胶的力学性质很大程度上取决于交联密度、体积分数、刺激性质及聚合物链段间的分子间相互作用。流变学研究通过测量动态储能模量（G′）和损耗模量（G″）提供关于凝胶网络强度及其抗变形能力的有价值信息。若在测量频率范围内G′>G″，尤其在弱频率依赖性且处于线性粘弹区内时，材料表现出弹性主导的类固体行为。另一个有用参数是损耗角正切tanδ=G″/G′。在频率扫描中tanδ<1的值确认弹性贡献占主导，而强频率依赖性或向tanδ>1的交叉则表明粘弹性或类液体行为。相应地，温度响应水凝胶在LCST以上会因聚合物链塌缩而显示G′增加且频率依赖性弱，形成刚性网络。当施加的应力或应变超过临界值（称为屈服应力或屈服应变）时，凝胶可从类固态转变为流动态，这种行为称为屈服行为。因此，表现出可控屈服行为的水凝胶是有吸引力的可注射生物材料，因为它们在高压应力下可通过注射器流动，并在应力移除后恢复其结构。
本综述全面概述了刺激响应性水凝胶的最新进展。首先介绍不同类别的刺激响应性水凝胶及其内在响应机制，随后讨论食品科学、生物医学和组织工程领域的最新发展及代表性应用，包括新兴的智能和自修复水凝胶系统。本综述还强调了中子散射技术（包括小角中子散射（SANS）、中子反射率（NR）和准弹性中子散射（QENS））在阐明水凝胶跨多长度和时间尺度的结构、动力学及界面行为中的作用。最后，讨论了当前挑战、商业化前景以及将刺激响应性水凝胶技术转化为实际应用的未来展望。与以往主要关注特定类别刺激响应性水凝胶或生物医学应用的综述不同，本综述提供了一个整合视角，将食品应用、生物医学工程、组织工程以及中子散射技术在水凝胶表征中的新兴作用相结合，从而为未来研究和技术转化提供多学科框架。
2 刺激响应性水凝胶
水凝胶的形成遵循三个不同步骤。第一步，水分子与凝胶剂的亲水基团接触形成初级结合水；第二步形成次级结合水；最后，凝胶剂和交联剂产生的渗透力之间达到平衡，从而形成水凝胶。因此，凝胶剂之间以及凝胶剂-溶剂之间的相互作用在水凝胶的形成及其最终刺激响应性中起着关键作用。刺激响应性水凝胶可按多种标准分类，如光响应、热响应、电场响应、pH响应、酶响应、磁响应以及多重刺激响应性水凝胶。光响应水凝胶是集成了光反应组分的聚合物网络外部可调材料，其中光致变色基团作为功能元件决定了此类水凝胶的效率。热响应水凝胶（常称为热凝胶）是水溶胀的聚合物网络，其可通过温度变化而无需触发其他外部因素即可诱导快速可逆的溶胶-凝胶相转变。电场响应水凝胶是一类响应外部电场而发生构象变化的独特水凝胶。在pH响应水凝胶中，单体类型、离子电荷、聚合物浓度等决定水凝胶的溶胀和去溶胀行为。酶响应水凝胶特别适合药物递送，因为其物理化学和生物学性质可在与特定酶相互作用时进行调节。磁响应水凝胶由嵌有磁性纳米颗粒的聚合物网络组成，能够响应外部磁场。与上述由单一外部因素诱导结构变化的水凝胶不同，多重响应水凝胶在暴露于多种外部因素（如温度、电场、磁场、pH等）时可发生结构变化。所有这些刺激响应性水凝胶（包括机械响应、超声响应、实体响应等）在过去几十年中因其多样化的应用而被广泛研究。图1展示了不同刺激响应性水凝胶及其应用的概览。
图1：不同刺激响应性水凝胶及其应用的示意图。外部刺激（包括温度、pH、光、磁场、电场和酶）诱导水凝胶网络结构和性质的可逆变化。这些自适应材料已在生物医学工程、组织和食品科学中得到广泛应用。SANS、NR和QENS等中子散射技术提供关于其结构、界面行为和分子动力学的信息。
3 刺激响应性水凝胶的应用
3.1 组织工程应用
尽管几乎所有刺激响应性水凝胶都已展示出组织工程应用潜力，但其中一些如热响应和机械响应水凝胶表现优异，而光响应和pH响应水凝胶则因机械强度较低而稍显不足。超越经典水凝胶的范畴，一类新型短五肽在细胞培养基中自组装成超分子纳米纤维，并在极低浓度（<3 wt%）下形成具有0.2至20 kPa弹性模量的稳健水凝胶。电子显微镜（TEM和Cryo-EM）研究显示，这些肽自组装成长而扭曲的带状原纤维，其周期性类似于淀粉样原纤维。分子动力学模拟进一步支持了这一结果，显示自组装过程中β-折叠含量增加和特定的溶剂可及性模式。这些水凝胶表现出剪切变稀和快速自修复行为，使其特别适合可注射应用，因此被称为“RAPID”（rapidly assembling pentapeptides for injectable delivery）。RAPID水凝胶支持少突胶质前体细胞（OPCs）在三维培养中的封装、存活和增殖。此外，该水凝胶在注射过程中保护细胞免受机械损伤，与无凝胶支撑递送的细胞相比，减少了膜破裂和急性细胞损失。这一特性凸显了该材料作为移植治疗细胞递送载体的保护能力。
在利用水凝胶进行组织再生的研究中，一种以D-氨基酸肽（Ac-GCRDGPQdGIdWdGQDRCG-NH2，D-肽）交联的微孔退火颗粒（MAP）水凝胶在小鼠全层皮肤伤口模型中进行了评估。尽管D-肽交联的MAP水凝胶在体内降解比预期快，但显示出改善的愈合结果，包括再生皮肤抗拉强度增强、毛发新生和髓系细胞募集增强。此外，该水凝胶表现出强适应性免疫反应，包括针对D-肽的抗原特异性免疫和促再生免疫细胞群体的募集。再生效应依赖于完整的适应性免疫系统，表明免疫激活而非支架结构本身驱动组织再生。此类应用的另一个例子是利用可灌注的细胞外微环境工程化人心脏组织，以密切模拟天然人心结构。所设计的仿生三维支架包含心脏来源的细胞外基质（HEM）水凝胶和微血管通道，允许营养物质和氧气像真实血管一样灌注组织。该系统使厚而功能性的心脏组织得以形成，与传统培养方法相比具有改善的存活率、成熟度和同步心肌收缩。工程组织可长期维持并再现人心脏的生理特征，使其可用于研究心脏生物学和疾病。Meijer等人的研究提供了关于机械刺激如何影响在三维水凝胶环境中培养的诱导多能干细胞来源的血管平滑肌细胞（iPSC-VSMCs）的见解。研究发现，机械刺激促进细胞向健康血管平滑肌特征的收缩表型转变。结果表明，这些干细胞来源的细胞在三维水凝胶中培养时表现出与天然血管细胞相似的表型可塑性。此类水凝胶平台可作为血管疾病研究、药物测试和再生医学应用的有用模型系统。
3.2 食品应用
刺激响应性水凝胶因其对pH、温度、光、离子和生化刺激的动态响应而越来越多地应用于食品科学。使用掺入Ag+修饰碳点（CDs-Ag+）的海藻酸钠水凝胶对水果和蔬菜上的杀菌剂福美双进行了原位检测。该水凝胶通过Ag-S键形成在福美双存在下表现出快速荧光恢复，并在10分钟内显示出低至5 ng mL?1检测限的定量检测能力。此外，该传感器在实际果蔬样品中也表现出优异的可靠性。最新进展集中于设计策略和响应机制，从而能够实现（i）活性包装和（ii）营养素靶向递送应用。这些具有可调功能性的材料作为可持续包装替代品和功能性食品中的生物活性载体正受到越来越多的研究。
活性包装将响应微生物活性的水凝胶整合进来，通过测量暴露于腐败相关刺激（如挥发性化合物或pH变化）时的变化来进行检测。近期研究强调将化学触发与外部力场相结合的多重刺激响应系统，以提高复杂环境中的检测能力。响应物理化学变化而主动释放抗菌和抗氧化剂可降低腐败风险并提高保鲜效率。基于纤维素或淀粉的生物聚合物水凝胶已被证明可用于eco-friendly智能包装材料。
功能性食品的靶向递送应用要求水凝胶在胃肠道特定区域由pH梯度或酶促变化触发，保护并释放封装的生物活性物质（如维生素或抗氧化剂）。这种控释能力需要精确的交联网络设计，从而实现增强的生物利用度和功能成分的有效递送。来源于壳聚糖和海藻酸钠等食品级聚合物的水凝胶支持益生元与抗氧化剂或益生菌的靶向共递送，改善营养保健品配方中的协同作用。
水凝胶薄膜在包装行业中的直接应用要求增强机械性能、可扩展性和成本竞争力，同时保持动态响应性。未来可能的方向包括纳米复合增强与多层混合包装相结合、具有定向顺序释放的精准平台，以及数字监测系统的集成。持续研究开发下一代智能食品系统有望解决阻碍商业化和监管采用的限制因素。
3.3 生物医学应用
水凝胶已被用作伤口愈合、可控药物递送和组织工程的有效材料。水凝胶的使用解决了传统疗法（如缝合、标准伤口敷料和全身化疗）的局限性。由于传统缝合线和敷料缺乏抗菌活性，研究人员开发了一种多功能超分子热响应粘附水凝胶，用于无创伤口闭合和感染伤口治疗。基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）的超分子水凝胶网络包含季铵化壳聚糖、β-环糊精、腺嘌呤和聚吡咯纳米管，表现出热响应收缩、强组织粘附性和光热抗菌活性。该凝胶在保持粘附性的同时机械地将伤口边缘拉拢。对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）具有抗菌活性。在体外和体内模型中均促进了伤口愈合并加速愈合过程。
基于智能水凝胶的概念，开发了一种4D打印粘附性和热收缩水凝胶敷料，用于解决慢性糖尿病伤口。利用数字光处理3D打印技术，将N-异丙基丙烯酰胺、姜黄素负载的Pluronic F127胶束和多巴胺修饰的PEG二丙烯酸酯混合物制备成具有组织粘附性、生物降解性和抗菌活性的水凝胶。热响应聚合物网络使伤口边缘靠拢，促进更快闭合。在MRSA感染的糖尿病伤口模型中的体内实验证实了加速闭合、减少炎症和增强组织再生。
设计了Janus生物活性玻璃-PNIPAM海绵，用于控制传统压迫止血无效的不可压迫性创伤出血。该海绵具有不对称结构，包括亲水性生物活性玻璃层和疏水性PNIPAM层，集成到多孔聚乙烯醇（PVA）海绵中。亲水层吸收血液并释放钙和硅酸盐离子以激活凝血。外层PNIPAM层提供透气性、抗菌保护和减少血液渗漏。体外和体内研究均证实了增强的凝血、强红细胞粘附以及显著减少失血。
由聚（丙烯酸）接枝海藻酸钠和负载氯霉素的电响应聚（3,4-乙撑二氧噻吩）纳米颗粒组成的水凝胶能够在电刺激和pH变化下实现精确的抗生素释放。在正常条件下仅发生最小的被动扩散，而在酸性条件下结合电刺激可实现显著释放，同时保持抗菌活性和对癌细胞的细胞毒性作用。报道了一种用于黑色素瘤治疗的双响应纳米胶束药物递送系统。将PEG-PLA胶束、PNIPAM、金纳米棒和阿霉素结合，实现温度和近红外响应释放。金纳米棒的局部加热诱导PNIPAM相转变，加速阿霉素释放，改善肿瘤靶向性并降低全身毒性。这导致增强的细胞毒性和肿瘤抑制。
研究了复合丝素蛋白（SF）-生物表面活性剂水凝胶，以了解生物表面活性剂组装对凝胶化和纳米尺度网络组织的影响。掺入pH敏感型槐糖脂加速了SF从无规卷曲向β-折叠构象的转变，促进更快的凝胶化。通过将再生SF与甲基丙烯酸十八酯（C18M）和海藻酸盐离子网络结合制备了可注射自修复SF水凝胶，其中可逆疏水相互作用作为牺牲键耗散能量并改善机械性能。这些疏水相互作用使凝胶在变形后能快速恢复，并在无需外部刺激的情况下表现出自主自修复能力。表1总结了不同刺激响应性水凝胶及其关键性质和应用。
表1：不同刺激响应性水凝胶的总结（水凝胶类型/刺激、关键性质、应用、局限性）。光响应：光控制机械刚度和降解速率、空间图案化；应用于药物递送、组织工程；局限为深层组织穿透有限。热响应：生物相容性和生物降解性、临界溶液温度依赖性可逆性；应用于药物递送、组织工程、生物传感器和微流控；局限为机械强度差。电场响应：去溶胀、弯曲；应用于药物递送、组织工程、电化学生物传感；局限为低机械强度、响应慢。pH响应：机械适应性、可调渗透性、溶胀和去溶胀、生物相容性和生物降解性；应用于靶向药物递送、组织工程、生物传感；局限为受细胞内和细胞间pH变异性限制。酶响应：高选择性、生物相容性和生物降解性、局部激活；应用于靶向药物递送、组织工程、生物传感器；局限为响应时间慢、制造复杂。磁响应：磁热响应、各向异性、刚度调节、生物相容性；应用于靶向药物递送、癌症热疗、软机器人；局限为潜在细胞毒性、有限空间控制、机械不稳定性。多重刺激响应：高机械强度、溶胀和去溶胀、生物相容性和生物降解性、自修复能力；应用于药物递送、组织工程、软机器人；局限为合成复杂、机械强度弱。
一种导电双网络水凝胶（PPTZ水凝胶）由聚乙烯醇（PVA）、植酸（PA）、单宁酸（TA）和Zn2?离子组成，在Sprague-Dawley大鼠糖尿病感染伤口模型中结合电刺激（ES）疗法进行了进一步评估。PPTZ水凝胶处理组表现出细菌感染减少、炎症降低、血管生成增强和组织再生加速。在另一项研究中，开发了一种用于糖尿病伤口愈合的多重响应水凝胶敷料，基于苯硼酸修饰的羧甲基壳聚糖（CMCS-PBA）和氧化葡聚糖（OXD），通过动态席夫碱和苯硼酸酯键交联，并功能化负载胰岛素样生长因子-1 C结构域肽（IGF-1C）和去铁胺负载的聚多巴胺纳米颗粒（D@P）。在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠伤口模型中，该水凝胶加速伤口闭合、减少慢性炎症、增强新生血管形成并改善组织再生。
4 中子散射用于水凝胶表征
尽管光散射、拉曼散射和布里渊散射等技术已被广泛用于研究水凝胶体系的结构和动力学，中子散射是一种探索较少但非破坏性的工具，可在广泛长度和时间尺度上探测结构，特别适合研究富含水的水凝胶体系。小角中子散射（SANS）测量提供关于网络结构、网孔尺寸、交联密度、孔径、聚集行为以及聚合物富集相和贫化相的信息。例如，SANS用于探索由N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）或N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）和2-（N-乙基氟辛烷磺酰胺基）丙烯酸乙酯（FOSA）组成的共聚物水凝胶的微观结构。SANS数据分析揭示了域的形状、簇形成信息以及簇中的大尺度不均匀性。在类似的水凝胶体系中，使用SANS研究了应力诱导的纳米结构变化。SANS下创建不同对比度的能力提供了在不同对比条件下FOSA纳米域和网络链在应力耗散下的变形和松弛信息。热响应接枝PNIPAm在亲水性共价交联聚合物网络中的聚合物网络纳米结构形成已通过SANS进行研究。水凝胶的机械增韧（取决于PNIPAm接枝的重量比）也触发网络中PNIPAm域的结构修饰和重排。SANS能够提取此类信息，有助于建立此类水凝胶中结构形成与机械增韧之间的关系。SANS还被用于理解相反电荷离子表面活性剂与环氧基水凝胶的相互作用。分别使用Percus-Yevick硬球（HS）模型和重标度平均球近似（RMSA）分析了水凝胶的结构变化。该研究揭示了离子表面活性剂在聚合物水凝胶内部的组织方式，这在其应用中起重要作用。
中子反射率（NR）提供水凝胶界面结构的见解，包括层厚度、聚合物密度分布以及固-液界面处的溶胀行为。NR用于理解聚（丙烯酸）聚电解质刷与D?O溶胀的聚丙烯酰胺和聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）水凝胶的特定相互作用。结果表明，中性条件下刷子通过形成氢键与水凝胶强烈相互作用；而在较高pH下，刷子变得与水凝胶无相互作用。还使用NR研究了热响应水凝胶的切换动力学。Zhong等人利用原位NR观察到聚（单甲氧基二乙二醇丙烯酸酯）（PMDEGA）水凝胶薄膜在室温下的两阶段溶胀过程。温度升高导致溶胀的PMDEGA薄膜产生临界响应，这归因于薄膜的收缩、重组织和再溶胀。在另一项研究中，使用NR研究了薄UV聚合自引发光接枝和光聚合（SIPGP）水凝胶薄膜在不同相对湿度下空气中的溶胀。NR测量在从二氧化硅和金基底接枝的水凝胶上进行。结果表明，由于从硅基底接枝的薄膜链段密度分布不均匀，溶胀行为随基底类型存在明显差异。
准弹性中子散射（QENS）测量提供水凝胶动力学的信息，包括水和聚合物链的扩散和松弛行为，以及在纳米长度尺度和皮秒至纳秒时间尺度上的局部和长程运动（如旋转和平移扩散）。使用QENS探索了广泛使用的多糖水凝胶中分子尺度上的水动力学。研究表明，随着聚合物浓度增加，一部分水的动力学被动态淬灭。QENS用于研究透明质酸盐水凝胶中水的动力学。结合两个具有不同能量分辨率的QENS光谱仪的测量，结果提供了链段生物聚合物运动的微观动力学。QENS在可用能量窗口和分辨率方面的最新进展使我们能够解决许多问题，例如水凝胶中的不同动力学等。
中子提供了对比度变化的特权（溶剂/样品中的氢/氘取代），利用这一点可以选择性突出多组分体系中的特定组分。因此，SANS、中子反射率和QENS是非常有用的工具，可用于探测不同刺激（如温度、pH或外场）下的结构变化，以及监测凝胶化动力学和纳米颗粒与聚合物网络之间的相互作用，这些对于设计面向食品、生物医学应用、组织工程支架和可控药物递送系统的水凝胶至关重要。表2总结了这些中子散射技术的原理、获得的信息和代表性应用。
表2：中子散射技术总结。SANS：小角弹性散射；获得网孔尺寸、孔径、交联密度、纳米结构；水凝胶应用：网络表征、凝胶化、相分离。NR：中子从界面反射；获得层厚度、溶胀、密度分布；水凝胶应用：薄膜、水凝胶涂层、界面。QENS：非弹性/准弹性中子散射的极限情况；获得水扩散、聚合物动力学、松弛；水凝胶应用：分子动力学、溶剂迁移率、链运动。
5 未来展望
刺激响应性水凝胶在食品、生物医学和组织工程应用中的整合仍受到毒性、生物相容性、可扩展性、商业化和监管挑战的限制。未来的工作应致力于开发具有可重复性能、成本效益、更长货架稳定性、灭菌兼容性以及对当前技术具有显著优势的水凝胶。商业化将需要使用食品级或医疗级聚合物的稳定供应链、与现有包装和加工设备的兼容性，以及将其整合到简化加工路线中。活性和智能食品接触材料的商业实施取决于满足安全评估、授权要求、法规合规性和消费者接受度。生物医学和组织工程应用的转化增长轨迹将取决于成功的临床验证、可控降解和经济制造。
毒性和生物相容性是水凝胶安全性的基础，因为存在残留引发剂、催化剂、纳米颗粒和降解副产物。因此，未来的研究应进行炎症反应、细胞毒性、产品稳定性和体内性能的具体评估，以满足基于ISO 10993的医疗器械生物学评价标准。可扩展性是实现多功能刺激响应性水凝胶实际应用的关键。许多先进水凝胶依赖于复杂的合成路线和先进策略，如微加工、光聚合或3D/4D打印。由于这些策略难以在工业规模上放大，可扩展的水凝胶系统应侧重于绿色加工路线、便利处理、标准化性能控制和刺激响应动力学。工业可行的水凝胶应在最早的设计阶段考虑可扩展性和成本效益，通过使用丰富的原材料、低能耗和短生产周期、较少纯化步骤、高效的包装线集成和长保质期。生物医学应用中的工业转化需要质量源于设计和过程验证方法来满足国际标准。对于医疗器械应用，应在符合ISO 13485的质量管理体系内实施监管要求。这些监管考虑对于刺激响应性水凝胶的成功商业化至关重要。
监管路径应在材料设计的最初阶段就加以实施。食品级水凝胶需要被分类为食品接触材料、活性包装系统或可食用基质。EFSA和欧盟法规要求对食品接触物质进行安全评估，包括身份、功能、暴露、迁移和毒理学测试。在美国，FDA对活性物质的评估同样侧重于组成、功能和膳食暴露。
尽管在开发刺激响应性水凝胶方面已取得重大进展，但其转化潜力存在固有的优势和局限性。例如，热响应水凝胶可通过微创给药注射，但具有机械弱点。pH响应水凝胶受细胞内和细胞间pH变异性的限制。含磁性纳米颗粒的磁响应水凝胶可在交变磁场中产生局部热量，实现靶向热疗治疗以破坏肿瘤细胞，同时促进可控药物释放。然而，此类治疗需要外部设备来触发刺激。
未来的成功将取决于面向转化的多功能水凝胶设计，其中可重复响应性、可扩展性、可制造性、机械强度、毒性和法规遵从性同时得到改善。此类系统必须展示出相对于当前食品、生物医学和再生技术的明确优势。
6 结论
本综述总结了针对食品、组织工程和药物递送领域中特定应用，刺激响应性水凝胶功能化定制其物理化学和生物学性质的日益增长的关注。这些具有响应性的多功能材料将在活性食品包装、活性封装、靶向药物递送和功能性组织支架方面高度相关。对可持续性的强调将推动使用符合联合国可持续发展目标（SDGs）的可生物降解和环境友好型水凝胶。可食用和可生物降解的基于水凝胶的食品包装材料有可能吸引科学和商业兴趣。其最大潜力在于新鲜度响应包装、益生菌保存以及抗菌剂或抗氧化剂的受控释放。自溶解和药物释放水凝胶贴片可以通过消除去除绷带的需求并促进局部药物递送来增强伤口护理。可重复使用的水凝胶支架可以作为支持长期细胞培养和组织工程再生应用的重要候选材料。此类创新有望发展可持续的下一代水凝胶技术。未来技术设计应以转化为导向，而不仅仅是刺激响应。总体而言，该领域进展的前景取决于将智能水凝胶概念转化为安全、可扩展且应用特异性的技术，并使其优于当前平台。
