封面设计以“水凝胶海洋”为视觉主题，一方面将海洋孕育最早的生命类比水凝胶仿生三维结构支持细胞生长和组织再生，另一方面暗示水凝胶的构建方式与应用前景如海洋般深邃。画面中漂浮着多个气泡：左侧气泡展示了超分子水凝胶三维网络构建方式及具备的力学适配性，右侧气泡选取了药物缓释、组织修复、创面愈合等生物医学应用场景，直观呈现超分子水凝胶材料与生物界面的互作关系。整个画面意象与文章核心科学内容高度契合，同时融入人文意境与艺术美感，强调水凝胶材料服务人类健康的最终目的。整幅图既突出科学内涵又生动有趣，符合期刊严肃、活泼的封面风格。
文章亮点说明
超分子水凝胶通过多种非共价交联作用，构建出独特的可逆动态网络结构，赋予其区别于传统水凝胶的自愈合性、动态响应性等智能特性。同时，灵活的力学调控机制（如调节交联密度、设计网络拓扑结构等）使其力学性能与生物需求高度适配。文章深入讨论了这一可逆动态网络及其力学调控对生物学效应的影响，并强调了其在组织修复和再生医学领域中的应用潜力。
文章主要内容
超分子水凝胶基于动态非共价相互作用构建网络，具有区别于传统共价交联水凝胶的独特智能特性。同时，超分子水凝胶凭借灵活的力学调控机制，可实现力学性能与生物功能的高度适配，并在组织工程、药物递送和创面修复等应用中展现出显著优势。本文系统梳理了近年来超分子水凝胶在结构组成与构筑策略等方面的进展，基于超分子水凝胶力学特性可调控的视角，进一步分析其材料生物学效应在临床转化与多尺度力学生物学研究中的挑战与机遇，以期为该领域的持续发展提供参考。
文章背景
传统共价交联水凝胶虽然具有良好的结构稳定性和生物相容性，但其刚性三维网络缺乏生命体所特有的动态可重塑性，难以适应复杂多变的体内微环境，从底层设计上就在力学匹配与功能调控方面存在明显局限性。为克服这些局限，基于动态非共价相互作用的超分子水凝胶(supramolecular hydrogels)受到了广泛关注。其核心原理是小分子凝胶因子或经过设计的分子聚合物通过氢键、疏水相互作用、主–客体相互作用等多种可逆相互作用自组装形成动态网络。不同于共价键永久交联的水凝胶，超分子水凝胶的“智能”源于其网络的动态性和自适应性，也因此表现出刺激响应性、动态可逆性、自愈合性和剪切稀化特性。更重要的是，超分子水凝胶凭借其可编程的力学特性，能够通过精确调控交联密度、动态键能量和网络拓扑结构，实现材料力学性能与生物功能的高度适配，从而在组织工程、药物递送和创面修复等应用中展现出独特优势。总之，超分子水凝胶的核心优势在于其“动态性”，即通过非共价键的巧妙编排，实现多功能可编程的特性，为构建下一代智能、精准、微创的生物医学材料提供了重要平台。本文重点综了述超分子水凝胶的构建方法；系统分析其力学调控机制与网络结构–性能关系；讨论其在细胞行为调控、组织修复与药物递释中的生物学效应和内在联系；最后结合临床需求与研究趋势，展望其未来的发展方向与挑战。
文章概述
超分子水凝胶通过多种非共价相互作用实现动态组装，其核心在于以“可逆键”取代传统共价交联，使网络具有自愈、可注射和刺激响应等特性。常见策略包括主–客体识别（如β-环糊精/金刚烷）、氢键、静电相互作用、金属配位及动态共价键（肟键、酰腙键、硼酸酯键等）。这些相互作用在温和条件下即可快速成胶，且可通过调节配体浓度、键能及拓扑结构实现力学与功能的可控。近年来，研究者还利用相分离与纤维化自组装技术，在网络中引入微/纳尺度异质结构，使材料兼具可编程力学与生理适配性。该类多级构筑策略为超分子水凝胶提供了丰富的调控维度，使其在满足力学需求的同时具备优异的生物活性和环境响应能力，为后续的功能化设计奠定了基础。
图1 高伸展性瞬时可恢复滑环凝胶中的聚轮烷结构示意图，该凝胶由酶促合成的低宿主覆盖率聚轮烷构成
力学可编程性是超分子水凝胶区别于传统水凝胶的关键优势。通过调控交联密度、动态键能级及网络拓扑，材料的弹性模量、应力松弛及非线性应变特征可在较大范围内调节，以匹配不同组织的力学特征。研究发现，材料的粘弹性和应力松弛速率直接影响细胞黏附与骨架张力，进而调控YAP等机械转导通路，影响细胞形态、分化及命运决定。与此同时，网络的异质结构与梯度结构可实现局部力学信号的空间精细化传递，增强细胞对外界刺激的响应灵敏度。这种从“分子构筑—力学调控—生物响应”一体化的可编程模式，为构建具有生理适配性的力学微环境提供了设计依据。
图2 在具有可控生物物理动力学的合成三维基质中增强细胞的机械感知能力
超分子水凝胶的动态网络特性使其不仅是支撑结构，更是调控细胞命运的重要微环境。其柔性结构与可逆交联允许细胞在生理应力下重塑基质，实现力学信号与化学信号的协同传导。研究表明，这类材料通过对FAK–YAP信号轴、Piezo离子通道及细胞骨架张力的调控，可促进干细胞增殖与分化，并调节细胞周期和衰老状态。同时，不同网络动态性和配体密度还可影响免疫细胞的极化方向，调节巨噬细胞M1/M2平衡与炎症反应以及促进组织再生。此外，超分子体系中的动态共价键与响应性基团可在酶、氧化还原或光刺激下触发药物与生长因子的按需释放，实现局部微环境的主动调控。这些特性使其成为研究细胞机械转导与生物行为调控的理想平台。
图3 甲苯胺蓝、番红O、Ⅱ型胶原蛋白和 聚糖蛋白免疫组化代表性图像，用于揭示HA-TP中软骨高表达标志物
展望未来，超分子水凝胶的发展将聚焦于结构—性能—功能的量化关联与标准化表征，结合仿生智能制造、可穿戴及植入式传感技术，构建材料与生理信号的双向交互体系。随着多尺度力学生物学模型和类器官平台的引入，这一新型材料体系有望推动生物医用材料向智能化、可预测与可临床转化方向加速迈进。
本文为“高分子水凝胶”专题特约稿，以综述形式发表在《高分子通报》2026年第1期，欢迎关注阅读~
