水凝膠（Hydrogel）是一類極為親水的三維網絡結構凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態可以保持大量體積的水而不溶解。

水凝膠為具有親水性聚合物鏈的3D網絡結構，且含水量為90％-99％，有助于有效的氧氣與物質交換。

水凝膠的多聚體系統可為細胞的移植和分化、內源性再生、生物修復、傷口愈合及藥物持續傳遞提供良好的基質，而其三維網絡系統則可模擬原始細胞外基質的微結構，為細胞存活提供活體生態條件。

水凝膠是一種新型醫用材料，可廣泛應用于骨科領域，包括骨與軟骨組織工程、皮膚創面愈合等。

醫用水凝膠的應用

Ⅰ 在骨組織中的應用

骨缺損為骨科臨床常見病，目前多采取自體或異體骨移植的方法治療。

水凝膠是一類獨特的支架材料，具有由交聯的高分子鏈組成的三維親水網絡結構，在吸收相當于自身體積幾倍數量的水后仍可保持不分解。因此，水凝膠可以模擬自然的組織環境，為缺損部位提供結構支持，使骨缺損通過內在愈合機制修復。

例如：①、將雙相磷酸鈣陶瓷微粒作為礦化骨基質嵌入 含有透明質酸－g－殼聚糖－ｇ－聚（Ｎ－異丙基丙烯酰胺） （HA－CPN）的溫度敏感性水凝膠基質中，并用富含血小板的血漿對其進行強化，該復合物可捕獲兔脂肪來源的干細胞，并具骨誘導能力，可提升細胞增殖速率和堿性磷酸酶活性，促進鈣沉積和細胞外基質礦化，并上調成骨標志基因表達，將該構建體植入兔顱骨缺損處后缺損部位有新骨形成，證實該溫度敏感性復合水凝膠可促進兔脂肪來源干細胞的骨生成，有望應用于骨組織工程。

②、用貽貝激發的聚多巴胺（PDA）在聚乙烯（PE）水凝膠上原位合成銀納米粒子（AgNP）并對其予以礦化，發現 AgNP/PDA 水凝膠具有抗菌和促進移植物礦化的雙重功能，可促進骨骼生成，并具有上調骨涎蛋白、堿性磷酸酶、骨鈣蛋白及 Runt相關轉錄因子等成骨標志物表達的能力；體內實驗也證實，該水凝膠可有效修復上頜骨缺損，并可顯著抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長，在修復伴有感染的骨缺損情況中可加快愈合進程。 

Ⅱ  在軟骨組織中的應用

年齡增加、外傷和關節退行性改變均可成為軟骨損傷的危險因素。軟骨由于缺乏血管、神經、淋巴網絡和原始細胞等，很難實現自我修復，一旦損傷，通常需要通過外科手段進行替換。軟骨組織工程目的在于制備有功能且無瘢痕的組織。水凝膠作為適用于組織工程的支架材料之一，已被廣泛研究。 

軟骨組織工程所需的水凝膠材料不但要具有生物相容性，而且要兼具一 定的機械性能。

① 聚多巴胺／硫酸軟 骨素／聚丙烯酰胺水凝膠，具有良好的組織黏附性和堅韌的機械性能。與傳統的硫酸軟骨素水凝膠相比，該水凝膠能夠促進軟骨的形成和分化，可為軟骨細胞生長和軟骨再生創造無生長因子的仿生微環境，并可滿足軟骨修復的機械要求。

② Deng 等通過雙物理交聯策略開發了新型κ－角叉菜膠／ 聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠，該水凝膠顯示出優異的 斷裂拉伸應力 [（1320±46）kPa］和韌性［斷裂能：（6900±280）kJ/m³］，并具有優異的干細胞相容性，適用于軟骨組織工程。 

③ 可注射水凝膠可用于微創修復手段，因而更具可操作性。Qi等將絲膠蛋白轉化為功能性絲膠蛋白甲基丙烯酰，后者包載軟骨細胞后，可在UV光照射下通過光交聯形成原位水凝膠，在向體內注 入該水凝膠８周后，有效的人造軟骨即可形成，其細胞外基質組分積累量增加，且軟骨關鍵基因表達上調，在分子水平上類似于天然軟骨。

Ⅲ 在皮膚創面愈合中的應用

皮膚作為覆蓋于人體表面的器官，很容易受到各種外界損傷。大面積皮膚缺損由于供區皮膚難以獲得、恢復期較長及手術本身會帶來損傷，修復較為困難。作為新型的傷口和創面敷料，水凝膠具有較高的保水能力和很好的生物相容性，可促進細胞遷移和再上皮化，已獲得廣泛關注。

① 開發可光交聯的絲膠蛋白水凝膠（SMH）并 將SMH作為新型傷口敷料植入小鼠全層皮膚缺損模型以修復缺損，結果顯示其不僅可以實現皮膚的無痕愈合，而且有利于毛囊和皮脂腺等皮膚附屬物的功能性再生。此外，為解決關節處的皮膚創面愈合，設計具有合適機械性能的傷口敷料有重要的實際意義。

②一種可自我修復的多功能可注射膠束／水凝膠復合材料，發現其具有與人體皮膚相當的模量及良好的伸縮性、壓縮性和黏合性，且自愈能力、止血性能和生物相容性均良好，為關節處皮膚創面的愈合提供了良好的選擇。具有良好機械性能、可自我修復的水凝膠作為皮膚創面愈合的 敷料材料應用前景廣闊。

醫用水凝膠的意義

水凝膠的獨特結構和優異的特性使其在醫學領域中不斷發展，成為新型的醫用材料。隨著制備工藝的成熟和應用方法的深入研究，水凝膠在醫學領域中有著廣闊的應用前景。

隨著社會的需求，各種生物醫用材料層出不窮，但是水凝膠成本低、功能多、可再生、可降解以及具有良好的生物相容性，使得它在醫學領域備受矚目。水凝膠在骨科領域中的應用主要集中于組織工程、創面愈合以及藥物傳遞等研究，其中的部分研究已經應用于臨床中。

水凝膠材料的研發推進了醫學領域的發展，文中提到的不少研究依舊處于研究階段，還未能應用于實際中，期待有朝一日，這些研究得以運用，造福人們。