生物材料用于组织修复再生的研究距今已有100多年的历史，其发展主要包含了上世纪初的惰性生物材料，上世纪中期的可降解生物材料及本世纪初的生物活性生物材料。惰性生物材料的显著特征是具有稳定的结构性能，主要为损伤的组织提供力学支撑。可降解生物材料以可降解可吸收为特点，移植物无需二次手术移除。生物活性生物材料则主要引入生物活性物质（如细胞生长因子、细胞等）以模拟生物组织的结构和功能，促进材料与损伤组织的相互作用。不同于这几类生物材料，浙江大学高长有团队提出了全新的“自适应性生物材料”概念。自适应性生物材料是指在结构上非静态/固定的，可以随组织微环境需求动态变化的一类生物材料，其在功能上具有反馈调节能力，可以为组织提供抗凝、抗菌、促修复等作用。

  2025年11月8日，该工作以“Self-adaptive biomaterials for tissue repair: from design to application”为题目发表在Progress in Materials Science期刊上（Prog. Mater Sci 2026,157, 101593）。文章第一作者是浙江大学博士后郑伟伟博士。该论文得到国自然联合基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金等项目的支持。

  自适应性生物材料主要聚焦于生物材料与病理微环境之间的动态、自适应相互作用（图1）。在组织损伤后，组织微环境发生病理性变化（如过表达炎症因子、活性氧自由基（ROS）、基质金属蛋白酶（MMPs），pH降低，缺氧等），自适应性生物材料可以感受这些炎症生物信号并与之发生适应性反应，降低组织微环境中不利的炎症信号分子浓度，同时材料发生对应性降解或者释放药物，从而调控组织微环境向修复状态发展，以刺激机体自身的修复再生能力。当组织微环境恢复稳态后，材料中的自适应基团对组织微环境不再敏感，以相对稳定的状态存在。当组织再次损伤时，来自剩余材料中的自适应基团会重启与组织炎症信号分子的适应性生物反应。

图1. 组织损伤后，组织炎症微环境与自适应性生物材料间的自适应相互作用。

  自适应性生物材料的设计以组织损伤后炎症病理微环境（图2）为基础和目的。目前主要的病理微环境特征（图3）包含慢性炎症反应、氧化应激、缺氧、pH降低、MMPs增多等，在糖尿病相关疾病中高糖也是十分重要的典型的病理微环境。

图2. 组织损伤后炎症反应。

图3. 组织损伤后典型的炎症微环境特征。

  目前用于炎症微环境调控的自适应性生物材料主要分为两类（图4）。一类是含有适应性共价化学基团的生物材料（如pH/缺氧/ROS/糖/酶适应性生物材料），该类材料可以直接与组织微环境中不利的炎症信号分子发生反应，消除其不利影响，同时材料发生相应的降解。另一类是通过动态非共价键相互作用（如主客体/亲疏水/氢键/离子键）实现自适应相互作用，该类材料的降解及其中药物的释放速率与组织修复过程一致。目前自适应性生物材料已经广泛用于多种疾病的治疗（图5）中，如组织损伤、糖尿病、自身免疫疾病、癌症相关的组织损伤等。

图4.自适应性生物材料的代表性结构及反应。

图5.自适应性生物材料用于组织修复再生治疗。

  浙江大学高长有团队一直致力于自适应性生物材料的研发。近年设计了ROS适应性水凝胶/微凝胶/补片、缺氧适应性水凝胶/微凝胶、pH适应性水凝胶/微凝胶、MMPs适应性水凝胶/微凝胶、主客体相互作用水凝胶/微凝胶等一系列自适应性生物材料形式，并将其广泛应用于骨软骨损伤修复（Biomaterials 2021;269:120534；Biomed Mater 2021;16:064101；Compos Part B-Eng 2024;273:111258；J Tissue Eng 2024;15；Biomaterials 2025;313:122772；Compos Part B-Eng 2025; 291, 112003）、骨关节炎（Chem. Eng. J. 2021;409:128147；Today Nano 2022;17:100164；Appl Mater Today 2022;26:101366；Carbohydr. Polym. 2022;292:119667；Nano Res 2023;16:2786-2797；Nano Today 2024;57:102373；Small 2024;20:2308599）、皮肤损伤修复（Biomater Adv 2022;134:112577；Chem. Eng. J. 2022;436:135130；ACS Biomater. Sci. 2024;10:3946-3957；Biomater Adv 2024;157:213755；Bioact Mater 2024;34:269-281；Adv. Funct. Mater 2025;2413678）、糖尿病相关疾病（Acta Biomater. 2022;152:60-73；Biomaterials 2022;286:121597）、肠炎（Biomaterials 2025;314:122834）、急性肺损伤（Biomacromolecules 2019;20:1777-1788；Acta Biomater. 2022;148:258-270；Bioact. Mater. 2022;14:430-442；Biomater Adv 2023;154:213621；Nano Today 2024;56:102278；Biomacromolecules 2025; 26, 528-540；Acta Biomater. 2025, 192, 409-418）、心梗（Biomaterials 2020;232:119726；Small 2021;17:2006992；Small 2020;16:e2005038；Chem. Eng. J. 2022;433:133511；Adv. Healthcare Mater. 2022;11:2101855；Biomaterials 2022;282:121382；Acta Biomater. 2022;153:386-398；Biomaterials 2023;301:122247；Mater Horiz 2023;10:3438-3449；Biomaterials 2024;307:122534；Adv. Healthcare Mater. 2024;13:2302940；Compos Part B-Eng 2024;283:111668；Compos Part B-Eng 2022;238:109941；Chem. Eng. J. 2024;480:148138；Chem. Eng. J. 2024;497:154933；Biomaterials 2025;312:122732；Chem. Eng. J. 2025;507:160295；Bioact Mater 2025;47:502-512；）、脑梗（Nano Today 2024;54:102064；Chem. Eng. J. 2024;483:149225）、脑损伤（Acta Biomater. 2024;187:161-171）、脊髓损伤（Bioact Mater 2022;9:134-146；Bioact Mater 2023;19:550-568）、类风湿性关节炎（Chem. Eng. J. 2022;446:136868；Nano Today 2024;59:102507；Adv. Funct. Mater 2025; 2516705）、原发性硬化性胆管炎（J. Control. Release 2024;374:112-126）、角膜损伤（Acta Biomater. 2023;158:266-280）等疾病治疗中，取得了十分显著的治疗效果。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101593

通讯作者简介：

郑伟伟，博士，毕业于浙江大学，高长有教授团队博士后。主要研究兴趣在于多功能炎症调控材料及其在组织修复中的应用，包括骨关节炎、强直性脊柱炎、心肌梗死和中风等。以第一作者身份在Biomaterials、Nano Today、Chemical Engineering Journal等刊物上发表了多篇论文。

高长有，教授，博士，国际生物材料学会、美国医学与生物工程院、英国皇家化学会、中国生物材料学会会士。主要从事组织修复与再生材料、自适应性生物材料、抗菌生物材料、生物材料表界面改性、纳米生物材料和医疗器械研发。作为负责人先后承担科技部、基金委等项目多项。在Nature Communications、Angewandte Chemie、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Biomaterials等本学科国内外核心期刊发表论文600余篇，H因子88。编著有《自适应性生物材料》《医用高分子材料》《Polymeric Biomaterials for Tissue Regeneration: From Surface/Interface Design to 3D Constructs》。授权国家发明专利近百项。获浙江省科技奖一等2项、二等1项。现任《Biomaterials Advances》《Progress in Materials Science》副主编。

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