综述：智能水凝胶在用于伤口治疗的可穿戴电子设备中的应用

　　本综述系统探讨了智能水凝胶在可穿戴电子设备中用于伤口治疗的最新进展，重点介绍了其导电性、机械柔韧性、生物相容性、自愈性等功能特性，以及其在动态监测伤口生物标志物（如pH、葡萄糖、炎症因子、活性氧等）和按需药物递送方面的创新应用，为下一代智能伤口管理提供了多功能的诊断-治疗一体化平台。

　　

智能水凝胶在伤口治疗中的功能与应用

智能水凝胶作为一种高吸水性、生物相容性材料，由亲水性聚合物链组成，因其独特的物理化学性质，在先进伤口管理领域成为研究前沿。与传统被动屏障式水凝胶敷料相比，智能水凝胶通过整合多功能特性和刺激响应特性，能够主动适应动态伤口微环境，实现实时监测、按需药物递送和结构适应性，从而精准应对慢性或感染性皮肤伤口的复杂挑战。

伤口敷料水凝胶的分类

根据组成复杂性，水凝胶可分为单一材料制备的水凝胶和复合水凝胶。单一材料水凝胶通常由一种聚合物网络构成，具有合成简单、可控性强、重现性好等优点，但机械强度和实际应用效果通常较差。复合水凝胶通过整合两种或更多不同材料，利用互补相互作用实现协同性能，显著增强机械韧性和伤口愈合能力。例如，将机械强度高的聚丙烯酰胺与生物相容性天然聚合物（如壳聚糖和明胶）结合，可调节粘弹性和组织样柔软度；加入导电纳米材料（如氧化石墨烯和碳纳米管）可进一步提高导电性和长期生物安全性。

智能水凝胶的特性

导电性是智能水凝胶在可穿戴电子设备中的关键特性，为其与电子系统集成和稳定信号传输奠定基础。高水分含量和聚合物基质中的可电离基团进一步促进离子传导，降低电阻抗，实现高保真信号采集和节能电疗。柔韧性和机械强度确保水凝胶能够适应不规则伤口，提供舒适佩戴和有效覆盖，同时在动态运动中保持结构完整性。生物相容性确保水凝胶与皮肤长期接触的安全性和无毒性，防止炎症或免疫排斥反应。自愈性能通过动态键实现自主修复结构损伤，确保循环应力下的功能稳定性。保水性和透气性维持水合作用和性能稳定性，促进空气交换，增强皮肤舒适度。

功能性水凝胶的创新应用

刺激响应水凝胶能够根据外部触发因素（如温度、pH、光、电场、生物分子和机械力）改变其物理或化学性质，通过动态重组内部交联网络实现实时监测。例如，pH响应水凝胶通过质子化或去质子化触发膨胀或收缩，将结构变化转化为可测量信号；葡萄糖响应水凝胶利用动态硼酸酯键实现快速响应波动，促进胰岛素释放；炎症因子响应水凝胶通过特异性酶-底物相互作用提供实时诊断和适应性治疗策略。

药物负载水凝胶通过物理封装、化学键合或纳米颗粒负载将治疗药物整合到三维亲水网络中，实现靶向药物递送和控释。被动药物递送系统利用刺激敏感材料自主调节药物释放，而外部触发主动释放系统通过光、温度、磁场或电信号等外部刺激实现按需控制，提高治疗精度和用户舒适度。

自供电水凝胶利用人体运动或皮肤汗液为可穿戴设备供电，消除对外部电源的依赖，促进无线远程伤口护理。例如，基于水凝胶的生物燃料电池通过与生物流体反应产生能量，实现代谢监测中的长期持续运行。

制备方法的进展

物理交联通过非共价相互作用或聚合物链之间的物理纠缠形成网络结构，无需化学试剂，具有条件温和、可逆性和高生物相容性等优点。化学交联通过交联剂与水凝胶骨架之间的反应形成稳健的共价网络，显著增强机械耐久性和结构稳定性。三维打印技术通过生物墨水的计算机引导沉积或光聚合，实现对几何形状、组成和功能元素分布的精确控制，实现患者特异性伤口敷料与集成电子功能的创建。

人工智能与水凝胶的融合

人工智能技术通过分析大规模数据集（包括实时生理信号和历史健康记录）创建优化、适应性的治疗策略，提高精准度、预测治疗反应并动态调整干预措施。在伤口监测和管理方面，人工智能可实现连续监测、早期预警系统和精确伤口分析；在材料设计方面，数据驱动方法和机器学习显著提高水凝胶开发和优化效率，降低时间和研发成本。

挑战与未来展望

尽管智能水凝胶取得了显著进展，但仍面临制造过程可扩展性、循环稳定性差、长期生物安全性验证等挑战。未来研究应专注于开发混合能量收集机制、优化水凝胶-电极界面和可扩展制造技术，以提高性能和可靠性。通过解决这些限制，可实现完全自给自足的可穿戴设备，推动下一代个性化医学和智能修复技术的发展。

智能水凝胶在可穿戴电子设备中的未来潜力巨大，有望将伤口治疗转变为更高效、有效和以患者为中心的实践。持续探索新颖的能量收集机制可导致完全自供电可穿戴设备的开发；三维打印的整合可进一步增强水凝胶基伤口敷料的定制化；与新兴技术（如医疗物联网和先进生物传感器）的融合可创建互联医疗系统，提供实时监测和远程诊断。这些进步不仅将提高伤口护理质量，还将通过减少频繁临床干预和住院需求，帮助减轻医疗系统的经济负担。