水凝胶作为一种具有三维网络结构的软湿材料，因其良好的生物相容性、可调控的物理化学性质，在组织工程、药物递送、生物传感等领域展现出应用潜力。甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）和甲基丙烯酰化明胶（GelMA）作为两种光固化水凝胶材料，兼具天然生物材料的生物活性和合成材料的可调控性，备受科研人员关注。然而，单一材料的水凝胶往往难以同时满足力学性能和生物活性的要求。因此，将HAMA与GelMA进行共聚，通过协同调控其力学与生物活性，有望制备出性能更优的水凝胶材料，满足复杂生物医学应用的需求。

HAMA与GelMA的化学结构与特性

（一）HAMA的化学结构与特性

透明质酸（HA）是一种由D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位糖胺聚糖，具有良好的生物相容性、保湿性和可降解性。通过甲基丙烯酸化修饰，将甲基丙烯酰基引入HA分子链中，得到HAMA。HAMA保留了HA的生物活性，同时赋予了其光固化特性，能够在蓝光或紫外光下迅速交联固化，形成具有一定强度的三维结构。其羧基和羟基为化学改性提供了丰富的活性位点，有利于进一步的功能化修饰。

（二）GelMA的化学结构与特性

明胶是明胶蛋白水解得到的重要衍生物，主要成分为胶原蛋白、蛋白多糖和部分氨基酸序列。明胶经过甲基丙烯酸修饰后得到GelMA，其活性和热稳定性均有所提高。GelMA含有RGD序列，能够促进细胞的黏附和生长，具有良好的生物相容性和细胞反应特性。与HAMA类似，GelMA也具有光固化特性，可在光引发剂的作用下交联固化。

HAMA-GelMA共聚水凝胶的制备与力学性能调控

（一）制备原理

HAMA-GelMA共聚水凝胶的制备基于自由基聚合反应。将HAMA和GelMA单体与光引发剂混合，在蓝光或紫外光照射下，单体分子中的双键打开，发生交联聚合反应，形成三维网络结构。通过调节HAMA与GelMA的单体比例、光引发剂浓度、光照时间和强度等参数，可以控制共聚水凝胶的交联密度和网络结构，从而调控其力学性能。

（二）力学性能提升策略

1.优化单体比例：研究表明，不同比例的HAMA与GelMA共聚会影响水凝胶的力学性能。增加GelMA的比例可以提高水凝胶的机械强度，因为GelMA分子链中的胶原蛋白成分能够形成更强的氢键和物理交联点。

2.引入增强相：除了优化单体比例外，还可以引入增强相来提高水凝胶的力学性能。

3.构建双网络结构：双网络水凝胶由两种具有不同交联密度的网络组成，通常具有良好的力学性能。通过先后或同时交联HAMA和GelMA，构建HAMA-GelMA双网络水凝胶。第一网络提供一定的强度和韧性，第二网络则进一步增强水凝胶的力学性能，并提高其抗疲劳性能。

HAMA-GelMA共聚水凝胶的生物活性调控

（一）细胞黏附与增殖

HAMA和GelMA均具有良好的生物相容性，能够支持细胞的黏附和生长。GelMA中的RGD序列是细胞黏附的重要识别位点，能够促进细胞与水凝胶表面的相互作用。在HAMA-GelMA共聚水凝胶中，RGD序列的存在使得细胞能够更好地黏附在水凝胶表面，并通过整合素等受体介导的信号通路，促进细胞的增殖。此外，HAMA的保湿性和生物活性也有利于维持细胞的微环境，促进细胞的生长和代谢。

（二）细胞分化

除了促进细胞黏附和增殖外，HAMA-GelMA共聚水凝胶还能够调控细胞的分化。研究表明，水凝胶的力学性能、表面化学性质和微观结构等因素都会影响细胞的分化方向。例如，较硬的基质材料通常有利于成骨细胞的分化，而较软的基质材料则有利于神经细胞的分化。通过调控HAMA-GelMA共聚水凝胶的力学性能和微观结构，可以引导细胞向特定的方向分化。

（三）生物活性分子负载与释放

为了进一步提高HAMA-GelMA共聚水凝胶的生物活性，可以负载生物活性分子，如生长因子、药物等。HAMA和GelMA的三维网络结构为生物活性分子的负载提供了空间，同时其可调控的物理化学性质也使得生物活性分子的释放行为可以得到控制。例如，通过调节水凝胶的交联密度、孔隙率和降解性能，可以实现生物活性分子的缓释或控释，从而延长其作用时间，提高效果。

力学与生物活性协同调控机制

（一）协同调控的重要性

力学性能和生物活性的协同调控对于HAMA-GelMA共聚水凝胶在生物医学领域的应用至关重要。良好的力学性能可以确保水凝胶在生理环境中的稳定性和功能性，而高的生物活性可以促进细胞的生长和组织的再生。

（二）协同调控策略

1.成分与结构优化：通过优化HAMA和GelMA的比例以及交联网络的结构，可以实现力学性能和生物活性的协同提升。

2.多功能复合：将生物活性因子与力学增强材料（如纳米颗粒、纤维等）复合到水凝胶中，可以同时提高其力学性能和生物活性。

3.智能响应设计：设计具有智能响应特性的水凝胶（如温度响应、pH响应等），使其能够在特定生理条件下释放生物活性因子，同时保持良好的力学性能。

HAMA-GelMA共聚水凝胶通过协同调控其力学与生物活性，展现出在组织工程与再生医学领域的应用潜力。通过优化单体比例、引入增强相和构建双网络结构等策略，可以有效提高水凝胶的力学性能；通过调控细胞黏附与增殖、细胞分化和生物活性分子负载与释放等手段，可以增强水凝胶的生物活性。力学与生物活性之间的协同调控机制为水凝胶的性能优化和应用拓展提供了理论依据。