功能型水凝胶由于具有和人体软组织相似的特性,如高含水量、可拉伸性和柔韧性,因此在生物医学领域有广泛的应用前景。功能型水凝胶,如导电水凝胶、粘附水凝胶和仿细胞外基质水凝胶,根据其不同的功能性能够应用于不同生物医学领域,如人造肌肉,电子皮肤,生物传感器以及软骨修复等。天然生物分子由于具有良好的可降解性、生物相容性等优点而被应用于生物医用功能型水凝胶的制备。基于天然材料,本研究研发了多种应用于生物医学领域的功能水凝胶,如导电水凝胶、粘附水凝胶和组织诱导性的仿细胞外基质水凝胶。具体包括以下几个部分;（1）导电水凝胶因与人体软组织结构的相似性且具有良好的导电性,在生物医学应用中受到极大的关注。然而,设计一种兼具生物相容性、良好机械性能和导电性的导电水凝胶仍然具有很大的挑战。在这一部分,我们提出了一种通过使用壳聚糖框架作为分子模板来控制导电聚吡咯纳米棒在水凝胶网络中原位形成的新策略,从而制备了具有优异导电性、超强机械性能和良好生物相容性的超强导电水凝胶。首先,通过紫外光引发自由基聚合的方法合成聚丙烯酰胺/壳聚糖互穿网络（PAM/CS IPN）水凝胶;其次,疏水的导电高分子单体被吸附并固定在水凝胶网络中的CS分子模板上,然后用Fe Cl₃诱导在水凝胶的亲水性网络中原位聚合形成PPy纳米棒。这种策略确保了疏水性的PPy纳米棒能够均匀的分散在水凝胶的亲水性网络中,在水凝胶中形成高度互通的导电通路并赋予水凝胶良好的导电性能(0.3 S·m^-1)。另一方面,由于形成铁离子螯合壳聚糖分子链网络和及形成的PPy纳米棒的纳米增强作用,导电水凝胶表现出显著增强的机械性能(断裂能12000 J·m^-2,压缩模量136.3 MPa)。该研究结果表明使用生物大分子模板诱导导电高分子原位聚合形成纳米结构是制备多功能导电水凝胶的有效策略。（2）导电聚合物通常是不溶于水的并且细胞亲和性比较差,因此开发具有亲水性和细胞亲和性导电高分子聚合物对拓宽导电聚合物在生物医学中的应用是至关重要的。在第三章,我们设计了一种具有导电性、氧化还原活性和亲水性的导电聚合物/磺化木质素纳米颗粒（CP/LS NPs）,并用于制备导电水凝胶。这种导电纳米颗粒是通过乳液聚合的方式制备的,其中磺化木质素不但作为模板与导电高分子进行缠结形成纳米颗粒,而且对导电高分子进行掺杂从而提高其导电性。与目前报道的导电纳米颗粒相比,CP/LS NPs具有以下优点:由于使用生物相容性磺化木质素作为导电高分子的掺杂剂,CP/LS NPs复合形成的导电水凝胶具有优良的生物相容性和细胞亲和性;由于磺化木质素中亲水性基团的存在,CP/LS NPs具有良好的水分散性,能够在水凝胶网络中均匀分布并形成良好连接的导电通路,因此基于CP/LS NPs的水凝胶具有良好的导电性;由于导电聚合物能够促进木质素分子上的儿茶酚/醌基之间的相互转换,因此CP/LS NPs具有氧化还原活性并使木质素上的酚羟基大量存在,从而赋予CP/LS NPs掺杂的水凝胶良好的粘附特性。（3）在第四章,我们利用绿色的方法在聚多巴胺修饰和还原的磺化氧化石墨烯（PSGO）模板上的自组装聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）,制备了具有导电性、氧化还原活性和水溶性的纳米片,并应用于制备导电、粘附水凝胶。二维导电纳米片由于具有大的比表面积和优异的电子特性而成为电子应用的核心材料,然而制备具有多功能和亲水性的导电纳米片仍然面临着巨大的挑战。在本研究中,PEDOT纳米片的导电性和亲水性由于PSGO的存在而大大提高,这种仿贻贝策略的自组装纳米片可以用于制备不同的多功能纳米材料,在生物电子学中具有巨大的应用潜力。该纳米片能够分散于水凝胶网络中,赋予水凝胶良好的导电性。由于含有丰富的儿茶酚基团,制备的导电纳米片具有较强的氧化还原活性,在水凝胶网络内部形成仿贻贝的氧化还原微环境,赋予水凝胶长期和可重复的粘附性。该水凝胶具有良好的生物相容性,可以植入动物体内用于体内生理信号的检测。（4）甲基丙烯酰胺化明胶（Gel MA）水凝胶广泛应用于组织再生工程。然而,由于其较差的机械性能和脆性,纯Gel MA水凝胶不能在软骨的修复再生中被有效应用。在第五章,我们提出了一种仿贻贝策略,通过将甲基丙烯酰胺化多巴胺的低聚物（ODMA）插层到Gel MA的分子链中来调节Gel MA水凝胶的机械性能。在ODMA插层后,Gel MA水凝胶变得具有超强机械强度和较高的弹性能够适用于软骨的再生修复。这是因为ODMA的插层降低了Gel MA分子链的高密度的物理缠结,并且在水凝胶中引入了可耗散能量的物理交联。流变学分析证明了ODMA-Gel MA水凝胶在体温条件下仍然具有较好的机械稳定性。由于ODMA中的儿茶酚官能团,水凝胶还具有对蛋白持续释放的能力。此外,ODMA的儿茶酚官能团还赋予水凝胶良好的生物相容性和细胞/组织亲和性。体外细胞实验和体内动物实验结果表明,负载有硫酸软骨素或转化生长因子（TGF-β3）的ODMA-Gel MA水凝胶能够促进间充质干细胞的粘附生长和向软骨细胞的转化,因此这种水凝胶可以作为促进软骨修复再生支架。该水凝胶不仅为软骨修复提供了有利的微环境,而且还可以作为修复其他软组织的理想候选材料。这种用低聚物代替聚合物引入到脆性水凝胶的网络中的策略,可以扩展到用于生物医学领域中其他超强水凝胶的研发。（5）仿细胞外基质（ECM）水凝胶由于能够模仿细胞软骨外基质的成分和功能而在软骨修复中起着重要的作用。然而,大部分ECM水凝胶由于含有带负电性的粘多糖而表现出差的细胞粘附性,因此很难促进组织的修复再生。在最后一部分,我们通过反复冻融物理交联和聚乙二醇缩水甘油醚（PEGDE）化学交联协同作用的双交联方法制备了一种聚多巴胺修饰的透明质酸（HA）/胶原蛋白（Col）冷冻凝胶支架。该冷冻凝胶模拟软骨细胞外基质的成分和功能能够有效的促进软骨组织的修复再生。凝胶支架中的HA与软骨ECM中的糖胺聚糖（GAG）相似,在调节软骨细胞功能等方面具有十分重要的作用。为了进一步提高细胞亲和性,将HA用PDA进行接枝修饰,从而赋予HA良好的细胞亲和能力。PDA像软骨ECM中的纤维粘连蛋白一样在凝胶支架中起着促进细胞和组织的亲和/粘附的作用。此外PDA还可以固定外源性生长因子同时也能够捕获内源性生长因子,增加支架的软骨诱导能力。细胞实验和动物实验结果表明Col/PDA/HA气凝胶创造一种仿软骨细胞外基质的微环境,能够有效促进软骨缺损的再生修复。