生物软组织中的水凝胶往往具有复杂且精细的结构，并展现出非凡的物理及化学性能，使得部分生物体能够在严苛环境中存活。开发能够媲美生物水凝胶的合成水凝胶，对那些耐用性要求较高的应用具有广阔前景。然而，传统的人造水凝胶容易受到周围环境影响，难以在苛刻条件下使用。除非经过精细的结构设计或特殊的制备方法，合成水凝胶通常展现出远逊色于生物水凝胶的综合性能。为克服这些局限性，近年来研究人员开始借鉴生物水凝胶的卓越特性，通过多种仿生科技开发出能够适应苛刻使用条件的合成水凝胶。
该综述重点介绍了在恶劣条件下使用的水凝胶的最新研究进展。通过分别探讨优化机械性能、环境耐受性、动态结构以及界面工程方法，全面综述了合成水凝胶适应特定恶劣条件的设计策略、潜在机理及未来发展方向。
相关内容以“Bioinspired hydrogels thriving in harsh conditions: Where soft materials conquer hard challenges”发表于Progress in Materials Science,通讯作者分别为国科大温研院陈强研究员，四川大学冉蓉教授及崔为副研究员。
图2. 自然界在机械强韧性、环境耐受性、动态结构和工程化界面方面适应恶劣条件的智慧。
图3. 天然水凝胶与合成水凝胶在机械强度、环境耐受性、动态结构和工程化界面方面的性能差距（以杨氏模量、生存温度、响应时间和粘附强度为代表性指标）。
图5.自适应水凝胶在恶劣条件下的实际应用，按其关键功能分类：机械强韧性、环境耐受性、动态结构和工程化界面。
总结：存在于众多生物体中的天然水凝胶具有精妙的设计和组装方式，使其具有卓越的耐用性和适应性。虽然合成水凝胶的历史远不及天然水凝胶悠久，但在过去几十年里，通过采用先进的结构设计、创新的工程方法以及前沿的化学技术，研究者们对合成水凝胶针对恶劣使用条件的定制改造已取得了显著进展。这些成果极大地拓宽了合成水凝胶的应用范围，涵盖了包括生物医学场景和工业环境在内的各种苛刻条件。该综述系统总结了研究者们缩小合成水凝胶与天然水凝胶之间差距的各项努力，并特别关注它们在适应恶劣条件方面的能力。通过揭示生物体在抵御恶劣条件时所展现的智慧，将天然水凝胶的卓越适应性归纳为四个关键方面：机械强韧性、环境耐受性、动态结构以及工程化界面。通过对自然界在设计天然水凝胶的化学成分、结构和工程技术方面策略的审视，重点展示了在严苛条件下实现合成水凝胶稳定性和适应性的最新进展。
综述最后指出了适应性水凝胶未来发展的五个挑战和机遇，包含从自然中汲取更深层次的设计灵感、更先进的制备技术、延长适应性水凝胶使用寿命、实际应用定制化以及开发活性水凝胶。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101459
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