自修復天然高分子水凝膠的研究進展

曲劍波，車煥潔，李 靜，徐建春，祝曉云，徐炳政，王曉娟

(1.中國石油大學（華東）化學化工學院，山東青島 266580; 2. 青島科海健堂生物有限公司，山東青島 266000)

20 世紀60 年代，人們發現了水凝膠并將其加以生產和應用。水凝膠是一種以水為分散介質的三維交聯聚合物網絡體系[1]，具有優異的吸水、保水性以及模擬天然細胞外基質特性等[2]優異的理化性質，在日用化工、組織工程、生物醫學和傳感等領域被廣泛應用[3,4]。各種天然和合成的聚合物均可以通過物理纏結或共價交聯來形成水凝膠[5]，即天然高分子水凝膠和合成高分子水凝膠。天然高分子水凝膠具備良好的生物安全性和降解性，作為生物醫學材料有著巨大的應用潛力，受到越來越多的關注[1]。近年來，各種類型的智能水凝膠，如環境響應型、自修復型、自組裝導電型、形狀記憶型及超分子水凝膠等得到了迅速發展，極大拓展了水凝膠的應用領域。通常水凝膠極易受到機械力的變化和化學侵蝕而產生微裂紋，這些裂紋的進一步擴展便會影響到水凝膠結構的完整性，其網絡結構受到破壞，使用壽命和功能受到影響[6]。自修復型水凝膠的出現可以有效解決上述問題，這是一種可以在受到損傷后自動恢復其完整性和自身功能的一類新型水凝膠，通過愈合機制自動響應損傷[7]，類似于有機體組織的愈合[8]，有效提升了使用安全性，從而引起了研究者的廣泛興趣和高度關注。

自修復水凝膠的研究已成為生物醫學材料領域的研究熱點，人們對新型自修復天然高分子水凝膠的研究正在不斷深入。本文總結了膠原蛋白、纖維素、殼聚糖以及透明質酸4 種自修復天然高分子水凝膠最新的研究進展，包括具有刺激響應性特征的自修復水凝膠，并對其未來發展方向進行了相關展望，為制備新型自修復水凝膠提供參考。

1 水凝膠自修復機理

利用動態鍵合成的自修復水凝膠可以通過修復裂紋形狀來恢復破損變形的結構，對水凝膠的結構和功能恢復起著重要作用。目前，根據是否添加修復劑，自修復方法分為外援型自修復和本征型自修復2 種[9]（Fig.1）。外援型自修復水凝膠是將愈合劑或催化劑以微膠囊、微脈管、空心纖維管等形式包含在水凝膠基質中，當使用過程中水凝膠產生裂紋時，愈合劑便從中釋放出來，填充損傷區域并重新接合裂紋面，但受到微膠囊、微脈管形式以及濃度等限制，外援型自修復水凝膠通常僅適用較小創面的愈合。與之相反，完全依靠聚合物內部化學結構的性質來實現修復功能的稱為本征型自修復，其依賴于水凝膠自身物理、化學和超分子相互作用來實現愈合過程[10,11]。

Fig.1 Cross-linking mechanism of self-healing hydrogels

此外，根據是否需要外來的能量或刺激響應（水、光、溫度和酸堿度等）來完成修復過程，可以將本征型水凝膠分為非自主自修復水凝膠和自主自修復水凝膠[12]。相應地，獲得自修復水凝膠的方法又可以分為化學交聯（動態共價鍵）和物理交聯（非共價鍵）。對于化學交聯，常見的動態共價鍵有亞胺鍵、硼酸酯鍵、酰腙鍵、二硫鍵等[10]。一般而言，可逆動態共價鍵能賦予水凝膠很好的力學強度，但需要施加一定的外部刺激和相應的聚合條件[13]。而物理交聯通常通過動態非共價鍵實現，例如靜電相互作用、疏水相互作用、主-客體相互作用、結晶和氫鍵等，可以在沒有任何外部因素的情況下可逆形成和快速重塑[14]。近年來，自修復水凝膠因其具有自主修復損傷、保持結構和性能完整性、長期使用功能穩定等獨特優點而備受關注[15]，更多研究者開始進行了相關自修復水凝膠的探索。

2 自修復天然高分子水凝膠

目前文獻報道的天然高分子水凝膠材料主要包括膠原蛋白、明膠、葡聚糖、纖維素、木質素、殼聚糖、透明質酸、海藻酸鈉、瓜爾膠等，研究者們以它們為基材制備了一系列具有自修復功能的天然高分子水凝膠，下面主要介紹有代表性的膠原蛋白、纖維素、殼聚糖和透明質酸4 類自修復水凝膠。

2.1 膠原蛋白自修復水凝膠

膠原蛋白是一種存在于皮膚和軟骨中的常見天然纖維蛋白，其基本結構是由3 條多肽鏈互相纏繞形成的螺旋狀纖維，是細胞外基質的主要結構蛋白[16]。膠原蛋白具有良好的生物相容性、高親水性和低免疫原性等特點[17]，可以促進細胞黏附和增殖，加速傷口愈合，廣泛應用于生物醫學材料領域。

Zhang 等[18]通過高碘酸鈉氧化瓜爾膠得到雙醛改性的瓜爾膠（DAGG），DAGG 可以與膠原蛋白上的氨基交聯形成動態席夫堿，為了增強水凝膠的自愈性能，作者還在該體系中加入了硼砂，因為硼酸根離子可以與瓜爾膠/膠原蛋白分子鏈上的羥基形成二醇-硼酸酯鍵，進一步支持水凝膠的動態網絡，交聯機制如Fig.2 所示。這種膠原基水凝膠顯示出了良好的可注射性、熱穩定性和快速自愈能力（3 min），且其組織再生能力優越，可以作為傷口敷料應用于組織工程中。在此體系的基礎上，Zhang等[19]加入了聚N-異丙基丙烯酰胺、氧化石墨烯和硼砂制備了新型膠原基多功能水凝膠，拉伸性能大幅度提高，可拉伸至原始長度的50 倍，同時增加了熱響應、導電和近紅外敏感等特性，在近紅外光的照射下，水凝膠可以在600 s 內從15 ℃升高至38.2～47.6 ℃，可用作光熱療法中的傷口敷料，通過提高局部溫度對細菌造成熱破壞，在無創腫瘤治療領域顯示出巨大的應用潛力。

Fig.2 Construction mechanism of collagen-guar gum hydrogel, involving imine linkages, diol-borate ester bonds and supramolecular interactions[18]

Chen 等[20]使用醛基官能化的氧化葡聚糖作為大分子交聯劑來增強膠原蛋白水凝膠的強度。利用席夫堿反應得到的膠原蛋白（Col）/氧化葡聚糖（DAD）水凝膠比原始純膠原蛋白水凝膠機械強度增加接近20 倍，從Fig.3 中也可以看出，當Col/DAD比值為（50/50）時，斷裂強度可進一步提高到(32.5 ±1.6) kPa，顯示出更好的熱穩定性和自修復性。Lei等[21]通過將單寧酸（TA）和類人膠原蛋白（HLC）加入到聚乙烯醇和硼砂體系中，通過動態交聯網絡來制備自修復導電復合水凝膠。硼砂作為交聯劑且提供了離子導體，使水凝膠具有良好導電性，該水凝膠的電導率處于皮膚電導率的范圍內（1×10?5～0.26 S/m），并且HLC 和TA 賦予水凝膠較好的抗菌、止血、抗炎和細胞增殖等特性。這種水凝膠具有良好的力學強度（彈性模量高達104Pa）和自修復性（30 min），當外界皮膚受到損傷時，可以保持水凝膠的完整性和導電性，確保傷口處細胞信號的連續性和穩定性。結合電刺激，可以有效地促進細胞間信號傳遞和外部電流傳遞，從而促進細胞遷移、增殖和傷口愈合，有望成為一種新型深度傷口創面的治療材料。

Fig.3 (a) Digital photo of pristine Col hydrogel and Col/DAD hydrogel subjected to compression by 100 g mass; (b)representative stress ?compression curve of the Col/DAD hydrogel (Col/DAD = 50/50, [Col] = 9 mg/mL). Inset is the comparison of the breaking compressive strength of the hydrogels with different Col/DAD ratios([Col]=6 mg/mL)[20]

明膠是膠原蛋白在高溫作用下的變性產物，具有高溫溶解、低溫成膠的特性，所得的水凝膠通常力學性能較差，限制了其應用領域。因此，大多將明膠進行改性或通過交聯等來提高其力學性能。Banerjee 等[22]利用氧化海藻酸鹽、明膠和硼砂反應生成可逆硼酸酯鍵和席夫堿鍵，制備得到一種可注射的快速自修復水凝膠。在硼砂溶液的存在下，其可以在30 s 內迅速成膠，且該水凝膠所能承受的破裂壓力為(70±3) mmHg，完全可以承受骨關節在運動或靜止條件下的壓力，同時具有良好的生物相容性，可以促進小鼠軟骨細胞的附著、遷移和增殖，用于骨關節炎的相關治療。

2.2 纖維素自修復水凝膠

纖維素是自然界中最豐富的可再生生物資源，作為一種由葡萄糖組成的大分子多糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性和高強度等優異的物理特征，但因溶解性相對較差[23]而限制了其應用領域。羧甲基纖維素（CMC）[24]是纖維素的一種衍生物，其分子主鏈上有大量的羧基和羥基，親水性強，具有更好的溶解性[25]，因此，羧甲基纖維素比纖維素的應用更為廣泛。

Li 等[26]以羧甲基纖維素和多巴胺為原料，通過簡單的一步法同時進行酰胺化和氧化自聚反應構建了新型互穿網絡水凝膠（Fig.4）。水凝膠內的仲酰胺基團（C—N，—NH）與—OH 之間形成的動態氫鍵使其具有良好的愈合效率（3 h 內達到98.37%），同時，多巴胺的加入有效提高了其黏附性（黏附強度可達(427±4) kPa）和導電性，對人體的各種運動都比較敏感（靈敏度系數GF=4.71），可以有效地傳遞電信號，良好的自愈性解決了傳統水凝膠傳感器中關鍵的破損問題，作為仿生皮膚和柔性可穿戴電子設備材料有潛在應用。Pang 等[23]開發了一種導電性的自修復水凝膠，利用羧甲基纖維素和聚丙烯酸的氫鍵作用，以及Al3+和COO-的配位作用構成了自修復的交聯網絡，愈合效率在60 min 內達到96.3%。該水凝膠表現出優異的力學性能（拉伸強度為249 kPa），且具有較好的靈敏度，可以監測人體的細微運動，為纖維素基水凝膠可穿戴傳感器開辟了新的平臺。Deng 等[27]以木質素和纖維素為基材制備了多功能自修復水凝膠，其中木質素的還原官能團如甲氧基和酚羥基可以將銀離子（Ag+）還原成銀納米顆粒，兩者之間的絡合作用形成醌/鄰苯二酚結構，賦予水凝膠良好的抗菌性和重復黏附性。同時，鄰苯二酚結構可以與苯基硼酸修飾的羥丙基纖維素之間形成動態可逆硼酸酯鍵，構建自修復交聯網絡。該水凝膠具有良好的抗氧化性，在傷口愈合過程中，可以清除由炎癥產生的大量自由基，清除效率達到92%，有效促進上皮組織再生和膠原沉積，能夠加快金黃色葡萄球菌感染創面的傷口愈合，可作為傷口敷料用于生物醫學領域。

Fig.4 Design and fabrication of an all-natural interpenetrating network hydrogel

2.3 殼聚糖自修復水凝膠

殼聚糖是天然多糖甲殼素脫除部分乙?；漠a物，含有游離的氨基并呈現雙螺旋結構特征[28]，它是天然多糖中唯一的堿性多糖，具有廣泛的抗菌性能，對真菌、細菌和某些病毒都有一定的抑制作用。殼聚糖水凝膠具有較好的生物相容性和抗菌活性[29]，大多是通過共價鍵或一些疏水締合等非共價相互作用制備，通常作為基因載體、抑菌劑和黏合劑等應用在醫療領域[30]。

Wei 等[30]采用殼聚糖、苯甲醛功能化的聚乙二醇，通過簡單的氨基與醛基反應生成席夫堿來制備水凝膠，水凝膠可以在2 h 內很好地自愈合。同時，利用席夫堿結構在pH、酶等刺激下會發生解離的不穩定性，可以使負載在水凝膠中的藥物得到快速釋放，作為藥物載體應用于生物醫學領域。Gu 等[31]制備了基于O-羧甲基殼聚糖（O-CMCS）和β-環糊精的多功能水凝膠傳感器，通過動態硼酸酯鍵和席夫堿鍵使其具有快速自愈能力，在15 s 內愈合率高達97%～103%，且對人體皮膚和器官有良好的黏附性和抗菌性，可用于監測人體的細微運動。Li 等[32]利用羧甲基殼聚糖-碳點（CMCS-CQDAG）與氧化葡聚糖反應，通過生成的動態亞胺鍵制備自修復水凝膠，Fig.5 為其簡單的交聯機理。該水凝膠可以在37 ℃下經過3 h 后充分自愈合，且其降解速度緩慢，在pH=5.5 的緩沖溶液中，9 d 后才可以完全降解，有利于細菌感染的長期治療。另外，水凝膠中摻雜的碳點除了提供氨基參與反應外，還具有抗炎和促進傷口修復的作用：當被細菌感染時，提供的酸性條件破壞了席夫堿結構，水凝膠解離釋放出碳點，從而抑制生物膜的形成，降低周圍組織的感染。Guo等[33]基于接枝環糊精的季銨化殼聚糖、接枝金剛烷的季銨化殼聚糖和接枝環糊精的氧化石墨烯，通過主客體相互作用制備了一系列抗菌、自修復和導電超分子水凝膠。這些超分子水凝膠具有與皮膚相似的導電值（2.60×10?6S/m）和快速自愈行為（14 s），對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和耐多藥細菌等具有很強的抗菌性能，具有良好生物相容性，可以作為全層皮膚修復的創面敷料。

Fig.5 Synthetic route of CMCS/ODex-CQDAG-hydrogel[32]

2.4 透明質酸自修復水凝膠

透明質酸（HA）是一種酸性黏多糖，結構簡單但相對分子質量較大，是天然細胞外基質的主要成分之一，可以促進組織再生，具有多種生物學功能[34]。HA 及其水凝膠良好的吸濕性和保水性可以很好地潤滑組織，因而在醫療領域應用廣泛，可注射HA 水凝膠作為皮膚創傷的不規則傷口敷料，能更好地幫助傷口愈合并緩解傷口疼痛，具有良好自修復功能的HA 水凝膠則可以有效延長傷口敷料的使用壽命[35]。

Varghese 等[34]設計了一種基于動態可逆酰腙鍵的自修復透明質酸水凝膠。通過3-氨基-1,2-丙二醇酰胺化及高碘酸鈉的選擇性氧化，制備了醛改性透明質酸，與酰肼修飾的透明質酸加以混合，可以在30 s 內得到無毒、黏附性較好的水凝膠，且在生理條件下穩定性良好，能夠促進骨形態發生蛋白（BMP-2）的生長，用作BMP-2 蛋白載體促進骨生長增大。Li 等[36]在酸性pH 條件下，利用二醛修飾的透明質酸（AHA）與胱胺二鹽酸鹽（Cys）反應形成動態希夫堿，制備了自修復透明質酸基水凝膠。該水凝膠在10 min 內愈合效率可達到100%，且隨著Cys/AHA 摩爾比的增加，交聯密度增加，孔徑結構更加致密，成膠速度加快，力學性能提高，在藥物釋放和細胞封裝等領域有潛在應用。Yang 等[37]利用巰基修飾的聚（γ-谷氨酸）（γ-PGA-SH）和醛基修飾的透明質酸（HA-CHO）制備得到自修復水凝膠（Fig.6），γ-PGASH 中的硫醇與HA-CHO 中的醛基進行巰醛加成反應，為水凝膠提供了動態共價網絡，使水凝膠具有良好的自愈性與黏附性（黏附強度為12.36 kPa），該水凝膠還具有較好的形狀自適應性，可以快速滲入覆蓋不規則或傾斜的傷口，可用于生物醫學領域。Liu 等[35]制備了一種新型具有抗菌性能的生物黏附性自修復水凝膠，作者將氧化的透明質酸和多巴胺接枝的ε-聚賴氨酸混合，利用辣根過氧化物酶的酶促交聯和席夫堿交聯形成雙重網絡來賦予水凝膠自修復效果。該水凝膠可以在數秒內快速成膠，5 min 內愈合，能有效殺死傷口表面的細菌，加速傷口愈合，是一種新型的仿生水凝膠敷料。

Fig.6 (a)Photographs of γ-PGA-SH solution, HA-CHO solution,and γ-PGA-SH/HA-CHO hydrogel;(b)schematic of the γ-PGA/HA- CHO hydrogel crosslinked by thiol- aldehyde addition[37]

3 刺激響應性自修復水凝膠

除了自修復功能，研究者們還賦予了水凝膠各種刺激響應功能，使其在不同的外界刺激下表現出自修復特性，可用于藥物控制釋放、形狀記憶和分子檢測等[38]。根據刺激響應類別，可分為溫度響應性、pH 響應性、光響應性、電響應性、氧化還原響應性以及磁響應性等多種類型水凝膠[39]。

3.1 溫度響應性自修復水凝膠

溫度的變化可以影響化學基團的疏水作用和大分子鏈的氫鍵作用，水凝膠通過體積的變化來響應溫度的刺激，改變水凝膠的網絡結構，導致體積非連續性變化[40]。聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）是一種具有低臨界溶解溫度（LCST）的溫敏性聚合物[41]，其分子中含有一定比例的親水基團和疏水基團，在不同溫度下表現出不同的溶解度。Deng 等[42]以β-環糊精（β-CD）、NIPAM、碳納米管和聚吡咯為基質，制備了具有熱刺激響應性的多功能復合水凝膠，合成路線如Fig.7 所示。NIPAM 中的異丙基在體積相轉變溫度時變得疏水，可以與β-CD 通過主客體相互作用形成水凝膠。該水凝膠具有良好的溫度響應性、導電性和穩定性，可以在1 min 內對溫度和近紅外光作出快速的響應，在壓力傳感器和電子設備中有潛在的應用。需要注意的是，PNIPAM 的LCST（32 ℃）與人的體溫相差較大，并且NIPAM 單體具有毒性，其聚合后的單體殘留以及聚合物的不可降解性是限制其生物醫學應用的瓶頸，采用溫敏性的聚乙二醇類似物代替PNIPAM 是一個可行的思路[43]。Hao 等[44]利用疏水改性殼聚糖（hm-chitosan）、5-甲基水楊酸（5mS）和十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）制備了一種新型熱響應自修復水凝膠。DTAB 和5mS 組裝體隨著溫度升高會發生從囊泡到膠束的結構轉變，低溫下（15 ℃）hm-chitosan 上的C12疏水鏈會插入囊泡疏水層中，囊泡在凝膠網絡中起到了疏水交聯劑作用；高溫下（55 ℃）5mS 在水溶液中溶解度增加，囊泡變成膠束導致水凝膠變成溶膠。另外，hm-chitosan/DTAB-5mS 水凝膠在1000%應變時呈溶膠狀態，應變降至5%時在10 s 內便恢復到凝膠狀態，體現了快速自修復性能。該溫度響應性水凝膠通過利用囊泡到膠束的轉變來實現自修復，在刺激響應性自愈材料的設計和制備等領域具有潛在的應用。

Fig.7 (a)Synthesis route of self-healing hydrogel poly(NIPAM-co- β-CD),(b)scheme of preparing conductive self-healing hydrogel poly(NIPAM-co-β-CD)/CNT/PPY[42]

3.2 pH 響應性自修復水凝膠

pH 響應性水凝膠的溶脹體積可以隨著pH 值的變化而變化，可以作為藥物、細胞和基因的載體，以及組織工程的支架等在醫學領域廣泛應用[15]。Jiang等[45]設計合成了由己二酸二酰肼接枝羧乙基纖維素和酮酯接枝聚乙烯醇構建的纖維素水凝膠，具有快速的自愈性能、pH 響應性和穩定性。由于酰腙鍵的可逆性，該水凝膠對pH 較為敏感，在鹽酸處理后完全轉變為液體，加入三甲胺中和鹽酸后，可使其恢復到水凝膠狀態，且由pH 介導的可逆溶膠-凝膠轉變循環可持續7 次以上。Tang 等[46]在聚乙二醇端基和殼寡糖側基上分別修飾上聚組氨酸（PHIs）和亞氨基二乙酸（IDA），在pH 為中性條件下與Ni2+進行多價配位制備了具有弱酸響應的自修復水凝膠（Fig.8）。在弱酸環境（pH=5.5）下，PHIs-Ni2+-IDA 絡合結構被破壞，水凝膠會迅速水解，但在中性環境（pH=7.4）中可以保持良好的形態，其形狀恢復率為90%。通過調節配體PHIs 和IDA 的比例，可以進一步調控水凝膠的穩定性和力學性能，結合刺激響應和動態自愈的特性，該水凝膠可作為用于藥物控制釋放的載體。pH 響應性水凝膠作為局部藥物遞送的生物材料，還存在pH 響應速度、藥物釋放速率及釋放位點不理想等問題，需要在pH 應答速度和藥物定點釋放方面進一步開展工作。

3.3 光響應性自修復水凝膠

光可以原位施加并以特定的量精確傳遞，與其他水凝膠相比具有特殊的優勢。Yang 等[47]利用β-環糊精（β-CD）與環氧氯丙烷聚合得到β-CD 納米凝膠，將偶氮苯丙烯酰胺包埋于疏水空腔中，制備了含有多個雙鍵的主客體大分子交聯劑。隨后，丙烯酰胺與大分子交聯劑共聚得到了光響應性自修復水凝膠，反應機理如Fig.9 所示。該水凝膠通過主客體相互作用來實現自愈合，其中偶氮苯部分的光異構化現象可以改變其與β-CD 的結合力，從而可以調節水凝膠的交聯密度，進一步影響自愈行為。通過光刺激來控制水凝膠自修復的開關，其愈合能力可在紫外光下失活，可見光下恢復，拓寬了水凝膠在遠程遙控領域的應用。Urban 等[48]利用光化學環加成、光誘導自由基聚合、光可逆共價鍵的重新排列等方法設計光控自修復聚合物。凝膠網絡由氧雜環己烷取代的殼聚糖前驅體加入到聚氨酯中組成。當凝膠受到機械破壞時，四元氧雜環會打開，產生2 個反應性末端。在紫外光照射下殼聚糖鏈發生斷裂，與反應性氧雜環烷端形成交聯，從而修復凝膠網絡，能夠在30 min 內自行修復，可用于涂層領域。光學敏感性天然高分子水凝膠在光學器件、特種藥物控釋器件等領域有潛在的應用價值。由于制備過程中需要對高分子進行一定的化學修飾，所需步驟較為復雜，對規?；a工藝有更高要求，因此具有較大的工藝優化空間。

Fig.9 Synthesis of the light-switchable self-healing hydrogel and light-responsivity of the host-guest macro-crosslinke[47]

4 結論與展望

自修復天然高分子水凝膠具備了天然高分子的生物相容性好、來源豐富、價廉易得且可生物降解等優勢，加上其良好的自修復性能，能夠解決傳統水凝膠易裂解破損問題，極大程度延長了水凝膠的使用壽命，為解決水凝膠在實際應用中的局限性開辟了新的機會。近年來，研究人員通過在天然高分子水凝膠中引入納米粒子（石墨烯、碳納米管、MXene 等）制備復合水凝膠、構建互穿網絡結構以及引入主客體超分子相互作用等方法來進一步提高天然水凝膠的強度和韌性，增強其力學性能，從而擴展了其應用領域[1]。與傳統的自修復水凝膠相比，刺激響應性自修復水凝膠具備溫度、pH、光等外界環境的敏感性而引起人們的廣泛關注，但仍存在一定局限，比如天然高分子自身的微觀結構和理化性質在一定程度上限制了水凝膠的刺激響應強度、響應速率和臨床適應性，可以采用天然高分子材料的全新改構策略，加強凝膠內部有序結構的建立，賦予材料多重刺激響應特性，進一步提高刺激響應的可控性及敏感性，制備具有多功能、多領域應用的智能天然高分子自修復水凝膠。目前，自修復水凝膠領域面臨的一些挑戰包括：1）自修復水凝膠的功能與種類有待豐富；2）水凝膠的力學強度和韌性仍需提高；3）關于水凝膠自愈性能的評估手段應進一步拓展；4）確保水凝膠基質中無有毒化學試劑的殘留，進一步提高應用安全性。

目前，自修復天然高分子水凝膠雖受到了越來越多研究者的關注，但仍局限于組織工程、藥物釋放、傷口敷料等生物醫學領域。未來可進一步豐富水凝膠的功能，結合光、電、磁刺激響應、形狀記憶、導電性和3D 打印等特性，拓寬其在軟智能機器人、仿生電子皮膚、柔性可穿戴電子設備等創新領域的應用，實現水凝膠的智能化、工業化和商業化，推動自修復天然高分子水凝膠在生物材料和智能軟材料領域的發展。