水凝胶是一种具有三维交联网络结构的亲水性高分子材料。由于其形状可调、功能多样的特点,在组织工程和再生医学中具有广泛的应用潜力。目前,常用的生物医用水凝胶多基于内部共价交联的（非动态）网络结构,因此存在着适应性差的问题,如形状适配性低、抗机械外力能力不强等。当其受到较强的外部机械压力后,水凝胶会出现破碎、且无法恢复其原有形貌和功能,因而失去使用价值。动态水凝胶,是近年来得到广泛关注的、一类基于动态分子交联网络的新型智能医用材料。该类水凝胶具有粘弹性,其凝胶-溶胶的可逆转变性赋予其自我愈合能力以及可注射特性,因此在创伤敷料、药物缓释、组织工程等领域具有极大应用价值。配位作用是一类典型的动态相互作用,在生物体内多种金属蛋白酶中广泛存在。本课题从生物来源的蛋白大分子出发,通过分子修饰,构建了基于金属离子-巯基的配位蛋白凝胶材料。由于配位结合的可逆性,所得蛋白水凝胶展现出典型的动态性,如可注射性和自愈合性。我们通过使用不同配位离子来源和引入不同生物活性分子,赋予了该动态蛋白水凝胶材料多种生物医学应用潜力。具体研究内容如下:（1）基于纳米二硫化铜-明胶的光热抑菌动态配位水凝胶具有抗菌抑菌功能的水凝胶材料,在组织工程再生医学领域,特别是皮肤等易感染的组织修复领域具有极大的应用前景。我们首先制备了具有光热转换效应的二硫化铜纳米颗粒（Cu S2）。借助Cu S2表面Cu离子与巯基的配位作用,实现了对巯基化改性明胶的配位交联。由于Cu S2NPs的光热效应以及可逆的Cu-S配位作用,所得水凝胶展现出光热抑菌活性、可注射性以及自愈合性能。我们通过扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的形貌结构,发现其具有不规则通透网络结构。物理破坏实验和流变学测试结果显示,该动态水凝胶可自我修复外力导致的结构破坏,且力学性能与皮肤组织较为接近。此外,由于内部Cu S2的光热转化能力,该动态配位水凝胶展现出近红外（808 nm）响应的光热转化性能。在近红外光照射下（功率密度:2 W/cm~2）,室温水凝胶的最高温度可达72℃。体外抗菌实验结果表明,该水凝胶具有类似于纳米Cu S2的高效光热抑菌作用,抑菌效率为98%。我们随后将其用于小鼠皮肤感染模型的研究。体内实验结果表明,该光热抗菌动态水凝胶可以通过注射方式填充、适配创口的几何形状,不仅能够快速有效的光热杀菌,还具有促进皮肤伤口组织愈合的能力。本节的研究有望为感染性创口的治疗提供了一种非抗生素的、新型敷料基材。（2）基于金离子-明胶的骨诱导动态配位水凝胶软骨组织的修复复杂且具有挑战性。动态水凝胶的可注射性便于微创性治疗,因此在软骨等深层组织的修复领域具有诱人的前景。我们同样基于金属配位作用,通过将Au离子与巯基化改性明胶化学交联,利用其可逆配位相互作用获得动态水凝胶材料。同时,我们将巯基化β-环糊精（S-β-CD）配位修饰于凝胶内部,借助β-CD和小分子软骨治疗药物Kartogenin（KGN）之间的主客体作用,实现了药物KGN的负载和缓释,并研究了其在软骨组织修复中的作用。我们通过SEM发现该水凝胶同样具有不规则的通透网状结构。同样,由于Au-S的动态可逆配位作用,该水凝胶具有自愈合以及可注射性能。体外实验结果表明,负载有KGN的动态水凝胶可通过激活线粒体活性促进软骨分化和软骨细胞增殖。随后,我们将水凝胶注射填充于小鼠软骨缺损处,考察其软骨修复能力。6周后,水凝胶组的软骨生长情况明显优于未载KGN水凝胶组和未处理对照组。12周后,水凝胶组的软骨缺损基本愈合。本节工作为软骨组织工程支架材料的研究提供了一种简单高效的功能材料构建策略。