纳米凝胶作为一类由高分子材料通过物理或化学交联形成的三维网状纳米结构，因其尺寸效应（1-200纳米）和智能响应特性，在生物医学、药物递送、组织工程及柔性电子等领域展现出革命性应用潜力。其核心优势在于能够通过感知外界环境变化（如温度、pH、光、磁场、生物分子等），动态调节自身的溶胀行为、结构稳定性及药物释放速率，实现准确可控的功能输出。

智能响应机制与分类

1. 温度响应型纳米凝胶

温度响应性是纳米凝胶研究成熟的领域之一。以聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）为代表的温敏性聚合物，其低临界溶解温度（LCST）约32-34℃。当环境温度低于LCST时，聚合物链与水分子通过氢键形成稳定的水合层，纳米凝胶呈溶胀状态；温度升高至LCST以上时，疏水相互作用主导，聚合物链坍塌，纳米凝胶体积收缩并释放负载物质。

例如，Mok等通过氧化六臂支化聚乙二醇（PEG）末端基团形成二硫键交联，制备了100纳米级的温敏性纳米凝胶，其在体温下可稳定分散，而在特定组织（温度略高）中发生相变，实现药物的靶向释放。

2. pH响应型纳米凝胶

特定组织及细胞器（如溶酶体、内涵体）的pH值低于正常组织（pH 6.5-7.2 vs. pH 7.4），为pH响应型纳米凝胶提供了设计依据。此类纳米凝胶通常含有羧酸、磺酸或氨基等可质子化/去质子化基团。

3. 光响应型纳米凝胶

光响应性纳米凝胶通过光敏基团（如偶氮苯、螺吡喃）的异构化或贵金属纳米粒子（如金纳米粒子）的光热转换实现功能调控。偶氮苯基团在紫外光照射下由反式转为顺式，导致聚合物链构象变化，引发体积相转变；而金纳米粒子可将近红外光（700-900纳米）转化为热量，触发温敏性纳米凝胶的相变。

4. 磁场响应型纳米凝胶

含超顺磁性纳米粒子（如Fe₃O₄）的磁场响应型纳米凝胶，可通过外加磁场实现准确定位或磁热疗。Gaharwar等采用两步法制备了核壳结构纳米凝胶：首先用硅烷偶联剂改性磁性纳米粒子表面，使其接枝胺基基团，再通过部分氧化的羟丙基纤维素（HPC）分子链与胺基缩合，形成磁性纳米粒子为核、HPC为壳的纳米凝胶。该结构不仅提高了磁性纳米粒子的分散性，还可通过交变磁场产热触发温敏性纳米凝胶的相变。

5. 多重刺激响应型纳米凝胶

为应对复杂生物环境，多重刺激响应型纳米凝胶成为研究热点。例如，Chen等通过自组装-交联法制备了pH-温度双重响应性纳米凝胶，其由羟丙基纤维素（HPC）和聚丙烯酸（PAA）形成半互穿聚合物网络（semi-IPN），通过调节PAA-HPC组成比和交联密度，可实现温度响应性从正响应（溶胀）到负响应（收缩）的转变。

智能响应特性的应用拓展

1. 靶向药物递送

纳米凝胶的智能响应特性使其成为载体。例如，可降解的P(VCL-s-s-MAA-3)-PEG纳米凝胶同时具备温度、pH和氧化还原三重敏感性：在37℃下稳定分散，进入tumor组织后，弱酸性环境触发pH响应性溶胀，同时高浓度谷胱甘肽（GSH）还原二硫键交联点，导致纳米凝胶降解并释放药物。

2. 生物成像

智能响应型纳米凝胶还可集成成像功能。例如，将磁性纳米粒子或荧光染料包封于纳米凝胶中，通过磁场或光刺激控制成像信号的开启/关闭，提高分辨率。

3. 组织工程与再生医学

纳米凝胶的智能响应特性在组织工程中具有独特优势。例如，温敏性纳米凝胶可作为细胞培养支架，在低温下呈液态便于细胞注入，体温下迅速凝胶化形成三维支撑结构；而pH响应性纳米凝胶可模拟细胞外基质的动态变化，促进细胞黏附、增殖与分化。

4. 柔性电子与传感器

纳米凝胶的高含水量和刺激响应性使其成为柔性电子器件的理想材料。例如，两性离子纳米凝胶中的不饱和双键可增强导电水凝胶的动态响应能力，通过温度或pH变化调节导电性，实现可穿戴传感器对生理信号的实时监测。