水凝胶（Hydrogel）是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。

由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积，液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透。

一、细胞相容性

1.细胞黏附

水凝胶表面的化学性质和物理结构可以影响细胞的黏附。许多水凝胶含有能够与细胞表面受体相互作用的官能团，如胶原蛋白、纤维连接蛋白等生物大分子修饰的水凝胶。这些大分子可以提供细胞黏附的位点，使细胞能够牢固地附着在水凝胶表面。例如，将成纤维细胞培养在含有精氨酸 - 甘氨酸 - 天冬氨酸（RGD）肽序列修饰的水凝胶上，RGD 序列可以与细胞表面的整合素受体特异性结合，促进细胞黏附，为细胞的生长和增殖提供了基础。

2.细胞增殖

合适的水凝胶可以为细胞增殖提供适宜的环境。水凝胶的三维网络结构能够模拟细胞在体内的生长环境，其孔隙大小和连通性对细胞增殖有重要影响。如果孔隙太小，会限制细胞的生长空间和营养物质的交换；而孔隙过大则可能无法提供足够的支撑。例如，在组织工程中用于皮肤修复的水凝胶，其孔隙大小一般在几十到几百微米之间，这样的孔隙结构可以允许皮肤细胞（如角质形成细胞和成纤维细胞）在其中增殖，逐渐形成新的皮肤组织。

3.细胞分化

某些水凝胶能够引导细胞分化。通过调节水凝胶的成分和物理化学性质，如硬度、弹性模量等，可以诱导干细胞向特定的细胞类型分化。以骨髓间充质干细胞为例，当将其培养在硬度较高的水凝胶上时，可能会向成骨细胞方向分化；而在较软的水凝胶环境中，则可能向脂肪细胞或神经细胞方向分化。这种对细胞分化的引导作用对于组织工程和再生医学领域具有意义，例如在骨组织工程中，可以利用水凝胶诱导干细胞分化为成骨细胞来促进骨缺损的修复。

二、组织相容性

1.Inflammation反应

生物相容性好的水凝胶在植入体内后，引起的Inflammation反应较轻。水凝胶的组成成分如果是生物可降解且降解产物无poison的，一般不会引发强烈的免疫反应。例如，一些基于天然多糖（如透明质酸、壳聚糖）的水凝胶，它们在体内降解后产生的单糖等小分子物质通常是可以代谢的，不会像一些外来的合成材料那样引发长期的Inflammation。当水凝胶植入后，身体的免疫系统会对其进行识别，如果水凝胶表面性质温和，不带有刺激性的化学基团，巨噬细胞等免疫细胞就不会被过度激活，从而减少Inflammation的发生。

2.与周围组织的整合

水凝胶能够与周围组织良好地整合也是其组织相容性的重要体现。水凝胶可以通过物理嵌入或化学交联等方式与周围组织结合。例如，在软骨组织修复中，水凝胶可以填充到软骨缺损部位，其表面的一些官能团能够与周围软骨组织中的胶原蛋白等成分发生相互作用，形成紧密的结合。同时，水凝胶的柔软性和弹性可以使其更好地适应周围组织的力学环境，随着周围组织的运动而变形，不会产生应力集中导致组织损伤。

三、血液相容性

1.抗凝血性

当水凝胶与血液接触时，良好的生物相容性要求其具有抗凝血特性。水凝胶表面的电荷性质、亲疏水性等因素会影响血液的凝固过程。例如，带有负电荷且表面高度亲水的水凝胶可以阻止血小板的黏附和聚集，减少凝血因子的激活，从而降低血栓形成的风险。一些肝素-水凝胶复合物，由于肝素具有抗凝血作用，使得这种水凝胶在与血液接触的医疗器械（如Blood vessels支架涂层）等应用中能够有效防止血栓形成。

2.不引起溶血

生物相容性好的水凝胶不会导致红细胞破裂（溶血）。水凝胶的渗透压、表面粗糙度等因素会影响红细胞的完整性。如果水凝胶的渗透压与血液不匹配，过高或过低的渗透压可能会导致红细胞吸水膨胀或失水皱缩，最终破裂。而表面光滑、化学性质稳定的水凝胶可以减少对红细胞的机械损伤和化学破坏，避免溶血现象的发生。