导电水凝胶因其兼具导电性、生物相容性和刺激响应性，在神经再生、心肌修复、软体电子和生物传感器等领域展现出潜力。光交联甲基丙烯酰化明胶（GelMA）作为一类可编程的生物材料，其网络结构可通过光交联参数准确调控，为构建高性能导电水凝胶提供了平台。

导电GelMA水凝胶的构建策略

导电GelMA水凝胶的导电性可通过物理掺杂导电填料或化学共聚导电单体实现，其构建策略需兼顾导电性能与生物相容性，同时满足特定应用场景的力学需求。

1物理掺杂导电填料

（1）金属基填料

金纳米颗粒（AuNPs）：通过巯基（-SH）与GelMA的氨基（-NH₂）共价结合，形成均匀分散的导电网络。

银纳米线（AgNWs）：利用其高长径比（>1000）构建贯穿式导电通路。

（2）碳基填料

石墨烯氧化物（GO）：通过酰胺化反应将GO与GelMA接枝，形成化学键合的导电界面。

碳纳米管（CNTs）：采用超声分散法将多壁CNTs均匀分散于GelMA溶液中。当

（3）导电聚合物

聚吡咯（PPy）：通过原位化学氧化聚合在GelMA网络中沉积PPy纳米颗粒。

聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）：利用其高导电性（>1000 S/cm）和溶液可加工性，通过混合浇铸法制备GelMA/PEDOT:PSS复合水凝胶。

2化学共聚导电单体

（1）甲基丙烯酸化苯胺（AnMA）共聚

将AnMA与GelMA共聚，形成本征导电水凝胶。通过调控AnMA与GelMA的摩尔比，可实现电导率与压缩模量的协同优化。

（2）丙烯酸化吡咯（PyMA）接枝

利用PyMA的吡咯环与GelMA的氨基发生迈克尔加成反应，形成侧链导电结构。

（3）离子液体（IL）共聚

将1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐（[EMIM][TFSI]）与GelMA共聚，形成离子导电水凝胶。

导电GelMA水凝胶的电刺激响应机制

导电GelMA水凝胶的响应行为源于电场与材料网络的相互作用，包括离子迁移、电子转移和电机械耦合等机制，其性能受导电填料类型、网络结构及电场参数（电压、频率、波形）的共同调控。

1离子传导机制

(1)双电层电容效应

在导电GelMA/CNTs水凝胶中，CNTs表面形成双电层（EDL），当施加交流电（1 kHz）时，EDL的充放电过程导致水凝胶局部溶胀/收缩，产生机械应变，可用于设计电驱动软体致动器。

(2)离子通道模拟
通过光图案化技术在GelMA网络中构建离子选择性通道（直径50-100 nm），结合GO的π-π相互作用实现K⁺/Na⁺的选择性传输。在跨膜电压（ΔV=50 mV）下，离子通量达10⁶ ions/(cm²·s)，模拟神经元动作电位的离子动力学，为人工突触器件提供新思路。

2 电子转移机制

（1）渗流阈值效应
导电填料的浓度需达到渗流阈值（ϕc）才能形成贯穿式导电网络。

（2）电荷注入与陷阱效应
在GelMA/PEDOT:PSS水凝胶中，PEDOT的共轭π电子体系实现电子的高效传输，而PSS的磺酸基团作为电荷陷阱中心调控载流子浓度。

3 电机械耦合机制

（1）麦克斯韦应力效应

在导电GelMA水凝胶中，电场（E）通过麦克斯韦应力诱导材料变形。

（2）压电效应

通过引入压电材料（如BaTiO₃纳米颗粒）与GelMA共混，构建压电导电水凝胶。在机械应力作用下，BaTiO₃产生极化电荷，通过GelMA网络传导形成电流。

导电 GelMA 水凝胶因其良好的电刺激响应性能，在生物医学领域具有应用前景。通过选择合适的导电材料和优化构建方法，可以进一步提高导电 GelMA 水凝胶的性能。