水凝胶：探索医疗未来的创新材料

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240143

摘要/Abstract

摘要：

近年来，功能性水凝胶材料取得了飞速的发展，在医疗、能源和人工智能等众多领域展现出巨大的潜力。特别是在生物医疗领域中，水凝胶材料以其独特性质，如高透水性、优异的生物相容性，显示出在组织工程、药物递送、伤口治疗及仿生传感等方面多样化的跨越式发展。本文采用一种创新的叙述方式，通过拟人化的水凝胶视角，阐述水凝胶材料中部分典型实例的化学组成和物理特性，并通过具体案例，如骨组织修复、心肌和血管重建、制作伤口敷料以及在仿生传感器和脑机接口技术中的创新应用，生动展示了这些材料在现代医疗中的实际应用和潜在价值。通过这种方式，不仅让读者了解到水凝胶的科学基础，还展示了它在实际医疗中应用的多样性和奇妙之处，强调了继续研究和开发新型水凝胶材料在推动医疗科技进步中的重要性。

关键词: 水凝胶, 合成, 医学应用, 化学科普

Abstract:

In recent years， functional hydrogel materials have seen remarkable progress and shown great promise in a myriad of domains， including healthcare， energy， and artificial intelligence. In the biomedical sector， hydrogels stand out due to their intrinsic qualities， such as high-water permeability and superior biocompatibility， enabling diverse and significant advancements in tissue engineering， drug delivery， wound care， and biomimetic sensing. This paper introduces a novel narrative technique， presenting hydrogels from an anthropomorphized perspective to discuss their chemical and physical properties through selected exemplary cases. These cases vividly illustrate the real-world applications and potential value of these materials in contemporary medicine， highlighting instances such as bone tissue repair， myocardial and vascular reconstruction， wound dressing creation， and pioneering uses in biomimetic sensors and neuroprosthetic technologies. This approach does more than simply inform the reader of the scientific principles underpinning hydrogels； it reveals the versatility and wonder of their medical applications and underscores the importance of ongoing research and the development of new hydrogel materials in the advancement of medical technologies.

Key words: Hydrogel, Synthesis, Medical applications, Science popularization of chemistry

中图分类号:

O636.1

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图/表 10

图1 壳聚糖结构式

Fig.1 Structure of chitosan

图2 海藻酸钠结构式

Fig.2 Structure of alginate

图3 海藻酸钠离子交联示意图

Fig.3 The formation of junction zones in alginate gels

图4 透明质酸结构式

Fig.4 Structure of hyaluronic acid

图5 水凝胶用于修复软骨缺损的示意图［15］

Fig.5 Schematic diagram of hydrogel for repairing cartilage defects［15］

图6 水凝胶心肌补片示意图

Fig.6 Schematic diagram of hydrogel myocardial patch

图7 水凝胶促进伤口愈合示意图［26］

Fig.7 Schematic diagram of hydrogel promoting wound healing［26］

图8 利用水凝胶材料进行伤口原位生物3D打印示意图

Fig.8 Schematic diagram of in situ 3D bioprinting using hydrogel materials for wound healing

图9 智能复合水凝胶传感器示意图［32］

Fig.9 Schematic diagram of intelligent composite hydrogel sensor［32］

图10 水凝胶制备脑机接口示意图［33］

Fig.10 Schematic diagram of hydrogel-based brain-machine interface preparation［33］

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