水凝胶（Hydrogel）是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。

水凝胶为具有亲水性聚合物链的3D网络结构，且含水量为90％-99％，有助于有效的氧气与物质交换。

水凝胶的多聚体系统可为细胞的移植和分化、内源性再生、生物修复、伤口愈合及药物持续传递提供良好的基质，而其三维网络系统则可模拟原始细胞外基质的微结构，为细胞存活提供活体生态条件。

水凝胶是一种新型医用材料，可广泛应用于骨科领域，包括骨与软骨组织工程、皮肤创面愈合等。

医用水凝胶的应用

Ⅰ 在骨组织中的应用

骨缺损为骨科临床常见病，目前多采取自体或异体骨移植的方法治疗。

水凝胶是一类独特的支架材料，具有由交联的高分子链组成的三维亲水网络结构，在吸收相当于自身体积几倍数量的水后仍可保持不分解。因此，水凝胶可以模拟自然的组织环境，为缺损部位提供结构支持，使骨缺损通过内在愈合机制修复。

例如：①、将双相磷酸钙陶瓷微粒作为矿化骨基质嵌入 含有透明质酸－g－壳聚糖－ｇ－聚（Ｎ－异丙基丙烯酰胺） （HA－CPN）的温度敏感性水凝胶基质中，并用富含血小板的血浆对其进行强化，该复合物可捕获兔脂肪来源的干细胞，并具骨诱导能力，可提升细胞增殖速率和碱性磷酸酶活性，促进钙沉积和细胞外基质矿化，并上调成骨标志基因表达，将该构建体植入兔颅骨缺损处后缺损部位有新骨形成，证实该温度敏感性复合水凝胶可促进兔脂肪来源干细胞的骨生成，有望应用于骨组织工程。

②、用贻贝激发的聚多巴胺（PDA）在聚乙烯（PE）水凝胶上原位合成银纳米粒子（AgNP）并对其予以矿化，发现 AgNP/PDA 水凝胶具有抗菌和促进移植物矿化的双重功能，可促进骨骼生成，并具有上调骨涎蛋白、碱性磷酸酶、骨钙蛋白及 Runt相关转录因子等成骨标志物表达的能力；体内实验也证实，该水凝胶可有效修复上颌骨缺损，并可显著抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长，在修复伴有感染的骨缺损情况中可加快愈合进程。 

Ⅱ  在软骨组织中的应用

年龄增加、外伤和关节退行性改变均可成为软骨损伤的危险因素。软骨由于缺乏血管、神经、淋巴网络和原始细胞等，很难实现自我修复，一旦损伤，通常需要通过外科手段进行替换。软骨组织工程目的在于制备有功能且无瘢痕的组织。水凝胶作为适用于组织工程的支架材料之一，已被广泛研究。 

软骨组织工程所需的水凝胶材料不但要具有生物相容性，而且要兼具一 定的机械性能。

① 聚多巴胺／硫酸软 骨素／聚丙烯酰胺水凝胶，具有良好的组织黏附性和坚韧的机械性能。与传统的硫酸软骨素水凝胶相比，该水凝胶能够促进软骨的形成和分化，可为软骨细胞生长和软骨再生创造无生长因子的仿生微环境，并可满足软骨修复的机械要求。

② Deng 等通过双物理交联策略开发了新型κ－角叉菜胶／ 聚丙烯酰胺双网络水凝胶，该水凝胶显示出优异的 断裂拉伸应力 [（1320±46）kPa］和韧性［断裂能：（6900±280）kJ/m³］，并具有优异的干细胞相容性，适用于软骨组织工程。 

③ 可注射水凝胶可用于微创修复手段，因而更具可操作性。Qi等将丝胶蛋白转化为功能性丝胶蛋白甲基丙烯酰，后者包载软骨细胞后，可在UV光照射下通过光交联形成原位水凝胶，在向体内注 入该水凝胶８周后，有效的人造软骨即可形成，其细胞外基质组分积累量增加，且软骨关键基因表达上调，在分子水平上类似于天然软骨。

Ⅲ 在皮肤创面愈合中的应用

皮肤作为覆盖于人体表面的器官，很容易受到各种外界损伤。大面积皮肤缺损由于供区皮肤难以获得、恢复期较长及手术本身会带来损伤，修复较为困难。作为新型的伤口和创面敷料，水凝胶具有较高的保水能力和很好的生物相容性，可促进细胞迁移和再上皮化，已获得广泛关注。

① 开发可光交联的丝胶蛋白水凝胶（SMH）并 将SMH作为新型伤口敷料植入小鼠全层皮肤缺损模型以修复缺损，结果显示其不仅可以实现皮肤的无痕愈合，而且有利于毛囊和皮脂腺等皮肤附属物的功能性再生。此外，为解决关节处的皮肤创面愈合，设计具有合适机械性能的伤口敷料有重要的实际意义。

②一种可自我修复的多功能可注射胶束／水凝胶复合材料，发现其具有与人体皮肤相当的模量及良好的伸缩性、压缩性和黏合性，且自愈能力、止血性能和生物相容性均良好，为关节处皮肤创面的愈合提供了良好的选择。具有良好机械性能、可自我修复的水凝胶作为皮肤创面愈合的 敷料材料应用前景广阔。

医用水凝胶的意义

水凝胶的独特结构和优异的特性使其在医学领域中不断发展，成为新型的医用材料。随着制备工艺的成熟和应用方法的深入研究，水凝胶在医学领域中有着广阔的应用前景。

随着社会的需求，各种生物医用材料层出不穷，但是水凝胶成本低、功能多、可再生、可降解以及具有良好的生物相容性，使得它在医学领域备受瞩目。水凝胶在骨科领域中的应用主要集中于组织工程、创面愈合以及药物传递等研究，其中的部分研究已经应用于临床中。

水凝胶材料的研发推进了医学领域的发展，文中提到的不少研究依旧处于研究阶段，还未能应用于实际中，期待有朝一日，这些研究得以运用，造福人们。