5应用接着 ， 作者详细介绍六种水凝胶应用的最新进展 。
5.1用于3D细胞培养的水凝胶水凝胶可用于各种细胞培养 ， 如生物过程研究或基于细胞的疗法的开发 。 细胞可以在预制水凝胶上培养或封装在水凝胶或微凝胶中 。 另外 ， 水凝胶封装还广泛用于类器官的培养 。 与玻璃和塑料基板相比 ， 水凝胶可以为细胞提供更紧密地复制生理学的生物、机械和地形环境 。 特别地 ， 水凝胶封装可以提供模拟细胞外基质的3D环境 ， 从而支持或调节某些细胞行为 。
5.2体内凝胶化体内注射前驱物并凝胶化为材料输送提供了微创方法 ， 在许多组织工程 ， 再生医学和药物输送方法中非常热门 。 一种方法是在注射前立即开始凝胶化过程 ， 例如 ， 在单桶或双桶注射器注射过程中混合组分 ， 在这种情况下 ， 混合时的反应速度至关重要 。 如果凝胶化发生得太快 ， 则注射器针头可能会阻塞 ， 反之 ， 如果反应进行得太慢 ， 则成分可能会在体内扩散并离开目标部位 。 另一种方法是在注射后引发液体前体溶液的凝胶化 。 此时 ， 可选择利用体温（37°C）来热触发体内胶凝 。 但由于整个材料之间的热传输现象 ， 可能会导致胶凝不均匀 ， 控制胶凝动力学仍然是一个挑战 。
体内凝胶化的另一种方法是使用剪切稀化凝胶 ， 该凝胶在施加的剪切应力下会发生可逆的凝胶至液体转变 ， 即在注射过程中呈流体形式 ， 在注射前后呈水凝胶状态 。
图3体内凝胶化 。 A）（i）PEG水凝胶示意图 。 在注射过程中将马来酰亚胺官能化的PEG大分子单体和巯基封端的肽交联剂混合 ， 在体内形成水凝胶 。 （ii）胰岛移植物的共聚焦荧光显微镜检查 。 B）GelMA水凝胶的体内光交联 ， 用于角膜修复 。 C）将明胶溶液与硅酸盐纳米片混合后获得的剪切稀化水凝胶 。
5.3水凝胶图案化水凝胶中化学、物理和结构特征的图案化能够在空间和/或时间上调节细胞-材料的界面 。 凝胶化之前 ， 在前体溶液中构造聚合物或货物组分 。 此外 ， 基于掩模的光刻、单光子激光扫描光刻和多光子激光扫描光刻等技术已被用于预制高分辨率、化学修饰的水凝胶 。 光电图案化还可用于制造水凝胶刚度梯度 。 双生化和刚度梯度控制水凝胶内的图案化 。
图4水凝胶图案化 。 A）在GelMA水凝胶中形成BMP-2梯度 。 将水凝胶进行光交联 ， 并在骨软骨培养基中培养28天 ， 以实现共包封的人间充质干细胞的定向分化 。 B）使用声波来捕获pH响应型聚合物-二肽凝聚层微滴 。 C）基于蛋白质/ PEG的水凝胶中的光介导的刚度模式 。
5.4基于水凝胶的生物制造由于水凝胶的相行为和触发机制使之合成方法非常灵活 ， 它可用在生物制造 。 简单的水凝胶生物制造方法是微成型 ， 将水凝胶前体溶液沉积到模具中 ， 进行交联 ， 然后脱模 。 水凝胶也用在许多不同的印刷方式 ， 如液滴生物打印、光固化和双光子聚合反应 。 在水凝胶生物油墨中加入了各种添加剂 ， 可提供可印刷性或附加的结构功能特性 。
图5基于水凝胶的生物制造 。 A）体积生物打印技术 ， 使用GelMA的光投射光交联技术快速制造复杂的3D水凝胶结构 。 B）将稀疏剪切的水凝胶以液体形式挤出 ， 并通过主客体相互作用而凝胶化 ， 然后使用紫外光来介导HA主链上的甲基丙烯酸酯部分之间的交联 。 C）基于Carbomer的油墨获得的3D打印结构的代表性图像 。 D）烯基官能化HA（NorHA）微凝胶通过真空过滤包装成固体长丝 ， 然后 ， 将基于微凝胶的油墨用于在玻璃板上（无支撑）或自修复水凝胶（有支撑）内3D打印结构 。
5.5细胞周胶凝具有材料涂层的活细胞的功能化可为细胞提供保护性屏障 ， 如生物电子设备用于组织工程的多细胞结构的定向组装以及细胞的治疗性递送 。 第一种方法是可通过微滴微滴实现薄水凝胶层在细胞周围的沉积 。 另一种方法是将能引发细胞周围凝胶化的分子修饰到细胞膜表面 。 其他非酶促方法包括使用掺杂兔红细胞胞质膜中的马来酰亚胺官能化脂质 ， 该脂质可与硫醇化PEG大分子单体或硫醇化藻酸盐反应共价水凝胶涂层 。 与它类似的方法也被用来在各种哺乳动物细胞系的表面上形成DNA聚电解质水凝胶 。 也有人使用微流体装置制造藻酸盐预聚物和各种细胞的油包水乳液 。 这些细胞用CaCO3预涂纳米颗粒 ， 在将乙酸引入油相后溶解 。 游离钙离子与藻酸盐聚合物络合 ， 形成细胞周围水凝胶壳 。
图6周细胞凝胶化和以纳米颗粒为模板的纳米凝胶制造 。 A）活细胞共聚焦荧光显微镜 ， 在凝血酶包被的人间充质干细胞（绿色）表面周围形成了荧光标记的纤维蛋白纤维（红色） 。 B）藻酸盐-DNA聚合物网络水凝胶可与聚赖氨酸在细胞表面周围进一步交联 。 C）利用环糊精和金刚烷基团之间的客体-客体络合形成自组装水凝胶 。
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