随着医工交叉的合作发展与进步，各种前沿技术和创新材料逐渐取得突破，特别是各种智能材料的发展。近年来，这股“智”造风也刮到了生物材料领域。随着人们对于疾病越来越深的探索和理解，疾病的治疗也面临着可控化、精准化、个性化等更多元的挑战。
“刺激-响应”材料是一类可以针对一个或多个刺激因素而做出改变的新型智能材料，主要包括外部因素（光、热、电、温度等）和内部因素（pH、酶、氧化还原因素等）（图1）
。
图1 “刺激-响应”材料的响应条件（Doi：10.1016/j.mattod.2023.02.013）
“刺激-响应”材料横跨化学、材料科学、物理学、生物学、医学等多门学科，
是医工交叉的热点话题
（图2）。据统计，“刺激-响应”材料相关的研究文献数量自2010年始不断上升，
自2021年以来每年均有2400+篇的文献见刊
（图3）。研究团队主要分布在中国、美国、日本、德国等地，
中国人团队的研究更是层出不穷，在全球领先
（图4）。
图2 “刺激-响应”材料的相关研究领域
图3 “刺激-响应”材料的历年文献发表量
图4 “刺激-响应”材料文献发表的国家/地区分布
本期EFL整理了近两年“刺激-响应”水凝胶在生物医学领域的多种应用供大家参考学习~
一、Advanced Science（IF=14.3）：基于微环境调控的ROS响应性水凝胶促进糖尿病伤口愈合
研究背景：
糖尿病伤口微环境的持续失衡是慢性不愈合的重要原因，表现为活性氧（ROS）过度积累与异常愈合之间的恶性循环。通过抑制伤口发炎、氧化应激和细菌感染以调节微环境是治疗糖尿病伤口的一大挑战。
关键词：
ROS响应
；
脂质体
；
糖尿病伤口；水凝胶
主要工作及亮点：
1、本研究设计了一种由甲基丙烯酸丝纤维素（SFMA）、改性Ⅲ型胶原蛋白（rCol3MA）和脂质体纳米颗粒（LNPs）组成的
ROS智能响应水凝胶
。
2、通过羰基二咪唑（CDI）反应，将疏水性的4-（羟甲基）-苯硼酸皮那醇酯（PBAP）偶联到亲水性的右旋糖酐（DEX）侧链上构建脂质纳米颗粒（LNPs），用于负载两种不同药物，即抗菌肽（AMP）和葛根素（PUE），并与SFMA和rCol3MA构建成
SFMA/rColMA/LNP/@AMP@PUE复合水凝胶
。
3、利用苯硼酸（PBA）基材料对ROS的高度敏感性，SFMA/rColMA/LNP/@AMP@PUE
能够根据糖尿病患者伤口ROS的变化，实现药物“智能化“、”动态化“释放
，从而发挥抗菌、消炎和促进血管生成的作用，加速糖尿病伤口的愈合。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/advs.202403219
二、Biofabrication（IF=8.2）：外磁场通过磁响应排列纤维蛋白水凝胶无创刺激大鼠脊髓再生
研究背景：
磁刺激因其无痛、无创和深层渗透的特点，正在成为一种促进中枢神经系统和周围神经系统疾病的神经保护、神经发生、轴突再生和功能恢复的方法，具有良好的前景。
关键词：
磁响应水凝胶
；
脊髓损伤
；纳米纤维；磁性纳米粒子
主要工作及亮点：
1、本研究设计了一种
磁响应排列纤维蛋白水凝胶（MAFG）
，通过结合排列纤维蛋白水凝胶（AFG），在局部导入和放大外在磁场（MF），以刺激脊髓再生。
2、通过在纤维蛋白原溶液中加入磁性纳米粒子（MNP），赋予AFG
对外部MF刺激的磁响应能力
，并使用静电纺丝技术制备MAFG。MNP分散在纤维蛋白纳米纤维上不会影响纤维的取向和形态及生物相容性。
3、在外部磁场的刺激和生物材料的协同作用下，MAFG具有良好的定向拓扑结构和柔软的刚度，
MAFG@MF可按需刺激，智能化促进周围组织血管化、轴突再生和功能性神经元再生
，对脊髓损伤后运动功能的恢复具有重要的作用。
参考资料：
https://doi.org/10.1088/1758-5090/acdbec
三、Bioactive Materials（IF=
18）：双重刺激响应硼硅酸盐玻璃（BSG）支架通过调节巨噬细胞表型促进糖尿病牙槽骨缺损修复
研究背景：
牙槽骨的再生仍是一项严峻的临床挑战，尤其是糖尿病患者，因为糖尿病会导致代谢紊乱和长期炎症。由于细胞功能大多受到持续炎症的干扰，生物材料的效果对细胞功能的调节也存在很大的不稳定性。
关键词：
葡萄糖和ROS双响应
；
表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）
；牙槽骨；糖尿病
主要工作及亮点：
1、本研究设计了一种负载EGCG的BSG支架，以协同调节
糖尿病状态下牙槽骨缺损的异常炎症。
2、通过将EGCG负载到BSG-PBA-PVA体系中，并将其分散于光敏丝蛋白中。利用DLP激光成型技术，构建了具有
葡萄糖和ROS双响应
的支架。
3、该支架能够根据糖尿病微环境中的葡萄糖和ROS水平
智能、精准、及时
地释放EGCG进行调节，更能够通过恢复巨噬细胞的线粒体自噬流，以及恢复干细胞的免疫调节功能，显著调节巨噬细胞表型，增加了糖尿病牙槽骨的恢复。
参考资料：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.02.023
四、ACS Applied Materials & Interfaces（IF=
8.5）：近红外响应可展开和自适应4D打印骨组织支架
研究背景：
治疗不规则形状和临界大小的骨缺损是一项临床挑战，而通过微创手术植入的可展开、自适应的组织支架是一种很有前景的解决方案。
关键词：
近红外光响应（NIR）
；骨支架；生物材料；增材制造
主要工作及亮点：
1、本研究基于三维（3D）打印技术，利用多巴胺纳米颗粒（PDA）与聚乳酸-共三亚甲基碳酸酯（PLMC），制造
可编程的4D打印支架
。
2、PLMC-PDA复合材料
首次
被证明具有
NIR响应性
，支架在低功率强度（0.76 W
cm
-2
）的NIR照射下，能在30s内
按需、快速地恢复支架形状。
3、在体内，
PLMC-PDA可在术中近红外线照射下自适应兔颅骨缺损形状
，具有出色的形状恢复能力，快速适应复杂骨缺损。在12周，PLMC-PDA组可见缺损处新骨组织
几乎完全修复。
参考资料：
https://doi.org/10.1021/acsami.4c10385
五、Advanced Science（IF=14.3）：按需释放磷脂酰丝氨酸的基质金属蛋白酶响应性水凝胶通过免疫调节促进骨再生
研究背景：
临界骨缺损修复由于人体再生潜能限制而无法自愈，这类骨修复与功能重建是临床上的一大挑战，而负载治疗因子的炎症反应性水凝胶则是骨组织工程和再生医学的有效生物材料。
关键词：
基质金属蛋白酶（MMP）响应性
；
骨再生
；
水凝胶；巨噬细胞调控
主要工作及亮点：
1、本研究通过在共价四臂聚乙二醇（PEG）网络中整合了MMP剪切肽（pp），并将磷脂酰丝氨酸（PS）包裹在支架中形成
PEG-pp-PS网络
，构建了一种
可注射水凝胶
。
2、在炎症早期，
MMP响应性
的PEG-pp-PS可以
及时、快速
地释放大量PS，并
持续
释放药物直到骨修复的后期。
3、本研究
首次
将PS封装到MMP响应性PEG网络中，PEG-pp-PS能够在体外和体内将
巨噬细胞转化为抗炎M2表型，实现新骨再生。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/advs.202306924
六、Nature Communications（IF=14.7）：具有水响应形状记忆的机械坚固的个性化丝纤维蛋白-镁复合支架，用于不规则骨再生
研究背景：
临界大小骨缺损的再生，尤其是形状不规则的骨缺损的再生，仍然是一项临床挑战。目前已开发出多种生物材料来促进骨再生，但其形状适应能力的局限性、临床操作的复杂性以及不尽如人意的成骨生物活性极大地限制了其临床应用。
关键词：
水响应
；骨再生；血管生成
主要工作及亮点：
1、本研究通过结合丝素蛋白（SF）和氧化镁（MgO）纳米颗粒，构建了一种具有良好机械强度、可定制性的
SF/MgO复合支架
。
2、具有
智能、迅速的水响应性
形状记忆效应，即在
与水或血液接触时能够完全恢复原始形状
，可与周围组织紧密接触。
3、SF/MgO支架能随着MgO颗粒的降解缓慢释放镁离子，进一步促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的
体外成骨分化，原位修复临界尺寸骨缺损
。
参考资料：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48417-8
七、Acta Biomaterialia（IF=9.4）：具有结构动态特性的基于金属有机框架的水凝胶，作为用于癌症治疗的刺激响应式局部给药系统
研究背景：
金属有机框架（MOF）是一类令人兴奋的多孔生物材料，一直被认为是储存和输送治疗药物的载体。然而，与其他纳米材料类似，MOF在临床上的应用仍然受到限制，原因是其有效载荷过早扩散和组织脱靶行为。
关键词：
pH和ATP响应；结构动态特性；可注射水凝胶
；金属有机框架；药物递送
主要工作及亮点：
1、本研究将双膦酸酯（BP）官能化的透明质酸（HA-BP）大分子作为粘合剂，与包埋多柔比星（DOX）的MOF上的
Zn
2+
离子之间产生动态配位交联，组成
HA-BP·MOF@DOX水凝胶。
2、该水凝胶具有自愈合、剪切变稀和平滑可注射的特性，同时表现出
多重刺激响应性
药物释放性能，在低pH条件和高ATP水平下，能够
缓慢、持续
地在肿瘤微环境中释放DOX。
3、HA-BP·MOF@DOX水凝胶可以可控地释放药物，能在体外有效杀死癌细胞，并在动物实验中表现出
更强的抑瘤能力。
参考资料：
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.04.003
八、Biomaterials（IF=12.8）：设计和开发新型自组装儿茶酚修饰胆汁酸共轭物，作为pH响应型顶端钠依赖性胆汁酸转运体靶向纳米粒子
研究背景：
儿茶酚基生物材料具有良好的生物相容性，将其融入各种分子框架后，具有广泛的治疗应用。然而，口服儿茶酚基生物材料的开发一直受到胃肠道中显著的pH值变化和复杂的相互作用的阻碍。
关键词：
pH响应；自组装
；纳米药物
主要工作及亮点：
1、本研究设计了一种
新型儿茶酚修饰胆汁酸（CMBA）
，它是通过将美国FDA批准的药物熊去氧胆酸与神经递质多巴胺锚定而合成的。
2、该新型纳米材料中的儿茶酚能够根据生理环境中
pH变化而发生“智能化“的自组装
