为了满足人们日益增长的应用需求,智能响应型水凝胶凭借其优越的性质成为高分子学科中的研究热点。在科研人员的多方努力下,智能响应型水凝胶的性能有了极大的提升,适用范围不断被发掘。即便如此,大多数智能响应型水凝胶还缺乏生物性能,难以解决生物医学上的实际问题。如何在赋予凝胶多功能的同时,还使其兼具生物性能,是水凝胶实际应用过程中亟需解决的问题。自然界中,生物体的形态、模式和结构为科学的创新提供了灵感,也为解决智能响应型水凝胶在生物应用面临的问题上提供了宝贵的借鉴。从基础研究和实际应用的角度来讲,探索新型的具有生物应用功能的水凝胶具有重要的现实意义。因此,本文以智能响应型水凝胶为主线,借鉴仿生学思维,以解决生物应用中的实际问题为目标,开展了如下工作:首先,受到动物骨基质结构的启发,构建了无机-有机复合支架来辅助干细胞治疗类风湿性关节炎。该复合支架材料将三维打印多孔金属支架与聚多糖自修复水凝胶结合。水凝胶的引入不仅可以将骨髓间充质干细胞递送至靶向部位,还可以在注射后为细胞培养提供有利的微环境。这个结构和功能优化的复合支架充分利用无机和有机材料的优势,更真实地模拟骨基质的物理化学环境。承载骨髓间充质干细胞后,复合支架具有抑制炎性因子,重建受损软骨,促进软骨下骨再生的功能。其次,以类风湿性关节炎常用药物和化学修饰后的多糖为主要原料,进一步构筑了具有抗炎功能的水凝胶。在这种水凝胶的作用下,脂肪间充质干细胞的存活率有所提高。细胞和动物实验结果表明,抗炎型水凝胶复合支架可以在类风湿性关节炎病情改善方面,发挥抑制炎症因子和重建骨组织的作用。再其次,以生物界矿化过程为灵感,进一步开发了一种仿生矿化水凝胶。该矿化水凝胶以纳米羟基磷灰石、碳酸钠和聚丙烯酸为原料,通过超分子作用力形成三维网络结构。这种矿化水凝胶在微观结构和化学成分上都与天然骨骼组织相类似。值得注意的是,在生理条件下,矿化水凝胶具有良好的稳定性、生物相容性、生物活性和骨传导性。在不引入外源干细胞的情况下,水凝胶本身就可以促进骨质疏松症中骨缺损的再生。最后,在动物皮肤多功能的启发下,构建了具有抗菌活性的多功能导电水凝胶。通过将聚多巴胺修饰的银纳米粒子、聚苯胺和聚乙烯醇超分子作用力自组装成三维立体的高分子网络结构。该导电水凝胶具有大范围可调的机械性能、优异的加工性能、自修复性能、多重粘附性,以及传统导电水凝胶不具备的广谱抗菌活性。这种导电水凝胶可以作为表皮传感器对人体的大规模运动以及动物的反射状况进行实时监测。此外,该水凝胶在糖尿病足创面的治疗方面具有促进血管和胶原生成,抑制细菌生长,控制创面感染等效果。