《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Programmable Crosslinking Strategies for the Rational Design of Engineered Protein Hydrogels
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•综述了基于蛋白质的聚合物水凝胶的可编程交联策略。•重点介绍了用于水凝胶设计和合成的蛋白质工程方法。•探讨了水凝胶网络形成的超分子机制和共价机制。•分析了工程化水凝胶体系中的结构-性能-功能关系。•探索了蛋白质水凝胶的新兴生物应用及未来展望。引言水凝胶是一类软材料，其定义为具
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综述了基于蛋白质的聚合物水凝胶的可编程交联策略。
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重点介绍了用于水凝胶设计和合成的蛋白质工程方法。
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探讨了水凝胶网络形成的超分子机制和共价机制。
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分析了工程化水凝胶体系中的结构-性能-功能关系。
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探索了蛋白质水凝胶的新兴生物应用及未来展望。
引言
水凝胶是一类软材料，其定义为具有三维聚合物网络结构的材料，赋予其结构完整性、固有的孔隙率和机械顺应性[1]、[2]、[3]。这种结构使其能够在保持稳定且柔韧的框架的同时实现高保水性。网络的形成可通过分子构建模块的共价或非共价交联来实现，从而实现对结构组织和物理化学性质的精确控制[4]、[5]、[6]。低毒性和优异的生物相容性进一步增强了水凝胶的通用性，支持其在多样化的生物医学领域中的广泛应用。特别是，这些材料已被广泛研究，用于组织工程中的细胞外基质模拟、药物递送系统中的可控靶向治疗释放，以及旨在复制天然组织结构与功能特征的柔性仿生材料开发[7]、[8]。
蛋白质在广泛的生理过程中至关重要，在生命系统中执行高度多样化和专业化的功能[9]、[10]。例如，抗体介导免疫识别与防御，而蛋白酶催化一系列对细胞功能至关重要的生化转化[11]、[12]。除了其天然生物学功能外，蛋白质已成为生物医学领域的重要资产，既作为疾病治疗的药物大分子，也作为组织工程中先进生物材料开发的通用构建模块。由天然或重组蛋白质构建的蛋白质水凝胶具有固有的生物相容性和可降解性，同时具有精确可控和可调节的分子结构，从而能够理性设计其结构和功能性质[13]、[14]。得益于蛋白质工程的进步，功能性蛋白质水凝胶的理性设计通过化学修饰和自组装策略促进了创新材料的开发，从而赋予其增强的多功能性，用于生物医学应用，包括靶向细胞相互作用、信号通路调控和免疫治疗[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。
蛋白质水凝胶可根据其材料组成和网络构建策略大致分为三大类。天然蛋白质水凝胶由天然来源的生物大分子形成，如胶原蛋白、明胶、丝素蛋白、纤维蛋白原和白蛋白，这些蛋白质提供固有的结构和生物学功能。工程化或重组蛋白质水凝胶由基因工程或合成设计的蛋白质构建模块组成，通常使用重组蛋白技术生产，以实现对分子组成、网络架构和机械性能的更好控制。杂化蛋白质水凝胶将蛋白质与互补的聚合物、多糖或无机成分结合，以调节网络结构、降解行为、弹性和稳定性，同时引入额外的物理化学或生物学功能。蛋白质水凝胶的制备通常通过两种主要策略实现，即物理交联和化学交联[20]、[21]、[22]。物理交联主要由非共价相互作用介导，包括静电作用、氢键、疏水相互作用和主客体识别，这些相互作用共同实现温和条件下的凝胶化，并产生可动态调节机械和功能特性的可逆网络结构。化学交联通过点击化学、酰胺化反应、酶-抑制剂相互作用和光诱导交联等策略在蛋白质链之间形成共价键来实现[23]、[24]、[25]。这些方法产生永久稳定的网络结构，显著增强所生成水凝胶的机械强度、结构完整性和长期稳定性，从而拓宽其在生物医学和生物工程领域中的应用范围[26]、[27]、[28]。
在本综述中，我们全面总结了基于蛋白质的多样化水凝胶在结构设计、制备策略、功能优化和生物医学应用方面的最新进展（图1）。此外，我们概述了旨在推进其功能多样性、建立精确修饰的创新方法并促进其转化为实际生物医学应用的未来方向。基于蛋白质水凝胶在制备技术、结构工程和功能多样化方面的最新进展，本综述突出了新兴的研究方向及其在生物医学应用中日益增长的重要性。特别关注其在可穿戴传感平台、可控药物递送、组织再生、先进生物成像和疾病诊断中的应用[29]、[30]、[31]、[32]。
章节摘要
具有调节性能的蛋白质水凝胶的制备与表征
蛋白质水凝胶已成为生命科学领域的一类突出的生物材料，归因于其多功能的结构架构和支持多样化生物学功能的能力[33]、[34]、[35]。这些系统的开发通常涉及
蛋白质的化学和结构修饰，包括利用内在生物活性的接枝策略或重组生产平台，通常与蛋白质工程相结合以实现特定应用需求的
通过结构修饰蛋白质工程推进水凝胶生物应用
工程化蛋白质水凝胶已成为开发仿生材料的一个强大平台，提供难以在传统合成或天然来源水凝胶中实现的结构精确度和功能可编程性。得益于重组DNA技术和蛋白质工程的进步，这些材料由设计型多肽构建，其氨基酸序列可在分子水平上进行定制，以决定网络
结论与展望
蛋白质水凝胶已成为一类高度通用的生物材料，归因于其固有的生物相容性、可降解性、生物活性以及与天然细胞外基质的结构相似性。蛋白质工程、超分子化学和生物分子偶联方面的最新进展极大地扩展了水凝胶系统的设计空间，实现了对分子架构、网络拓扑和生物学功能的精确控制。通过理性
CRediT作者贡献声明
夏南（Haonan Xia）：撰写–审稿与编辑、验证、方法论。张子涵（Zihan Zhang）：撰写–审稿与编辑、验证、方法论。魏佳（Jia Wei）：撰写–初稿、验证、调查。徐亭宇（Tingyu Xu）：撰写–初稿、方法论、形式化分析。周胜望（Shengwang Zhou）：撰写–审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源、项目管理、方法论、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（批准号：82172745）和江苏大学高层次人才基金（批准号：20JDG064）的支持。
徐亭宇|魏佳|张子涵|夏南|周胜望
