编辑推荐︱纳米纤维复合水凝胶研究进展

水凝胶是由聚合物网络在水或其他液体中溶胀构成。由于其交联聚合物网络，水凝胶表现出固态（弹性）的特性，具有可变形性和柔软性。另一方面，水凝胶中的高含水量使水凝胶具有液态（黏性），包括对多种化学和生物分子的渗透性。这种固态和液态的结合，使水凝胶具有其他独特的特性，如溶胀性和响应性。如今，由于水凝胶具有优异的柔软性、湿润性、响应性、生物相容性和生物活性，其已成为跨学科研究领域研究最广泛的材料之一。其广泛应用于伤口敷料、组织工程、可穿戴电子设备和吸滤材料等方面。然而，具有松散交联和均质结构的传统水凝胶很弱且易碎，大大限制了其应用。研究人员探索了多种方法来提高水凝胶的机械强度，如双网络水凝胶、具有滑动交联剂的拓扑水凝胶和化学交联水凝胶。虽然水凝胶的机械强度得到了一定程度的提高，但化学交联剂残留、细胞毒性和有限的机械强度等限制着其实际应用。

天然材料如纤维组织（如皮肤、肌肉和韧带）表现出强大的机械性能，这归因于嵌入软基质中的纳米纤维（如胶原原纤维）及其之间相互作用。例如，对于肌腱组织来说，紧密排列的胶原纤维赋予肌腱较高的抗拉强度，因此可以将肌肉与骨骼紧密连接。因此，将纳米纤维引入水凝胶基质可以显著改善水凝胶的机械性能。这是因为当施加载荷时，纳米纤维可以分担载荷，从而最大限度地减少对基体的破坏，来提高复合水凝胶的机械强度。此外，纳米纤维可以模拟ECM的结构，从而赋予复合水凝胶额外生物功能性（模拟组织的ECM结构和细胞的微环境）。纳米纤维复合水凝胶可分类为：有机纳米纤维复合水凝胶、无机纳米纤维复合水凝胶以及有机-无机杂化纳米纤维复合水凝胶。常见的有机纳米纤维复合水凝胶有：纤维素纳米纤维（cellulose nanofibers, CNF）复合水凝胶、细菌纤维素纳米纤维（bacterial cellulose nanofiber, BC-f）复合水凝胶、聚乳酸（polylactic acid, PLA）纳米纤维复合水凝胶、芳纶纳米纤维（aramid nanofiber, ANF）复合水凝胶和聚己内酯（polycaprolactone, PCL）复合水凝胶。常见的无机纳米纤维复合水凝胶有二氧化硅（SiO2）纳米纤维复合水凝胶、碳纳米纤维粉末（carbon nanofiber powder, CFP）复合水凝胶和羟基磷灰石纳米纤维（Hydroxyapatite nanofiber, HANF）复合水凝胶。目前已经开发了掺入、多层层压和聚合等来制备纳米纤维复合水凝胶。

本文旨在介绍纳米纤维复合水凝胶的分类、制备方法以及其应用领域，并且对纳米纤维复合水凝胶的未来研究发展进行展望。

近年来，纳米纤维因为具有极高的长径比、良好的柔韧性和原料范围广，被认为是制备具有良好机械性能复合水凝胶的理想增强材料。用于纳米纤维水凝胶复合材料的纤维可以有不同的来源，有机纳米纤维、无机纳米纤维以及有机-无机杂化纳米纤维（表1）。

表1 纳米纤维复合水凝胶分类及应用

1.1 有机纳米纤维复合水凝胶

1.1.1 天然有机纳米纤维复合水凝胶

天然有机纳米纤维表现出优异的细胞行为和良好的机械性能，将其和水凝胶复合不但能制备高力学性能的纳米纤维复合水凝胶，还可以吸收伤口渗出物为伤口创造良好的愈合环境。

Zhong等通过CNF显著增强聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）基水凝胶的力学性能（断裂伸长率303%），并将新霉素作为抗菌剂引入水凝胶网络中。这使复合水凝胶能有效抵抗广谱细菌且使伤口部位稳定地获得抗生素。Das等制备了CNF增强纤维素基水凝胶复合材料。随着CNF含量的增加，复合材料的拉伸强度大大提高。当CNF含量达到0.7%时，复合材料拉伸强度是纯纤维素基水凝胶的4倍。Dou等将聚γ-谷氨酸（γ-PGA）和细菌纤维素纳米纤维共价交联得到γ-PGA/BC 复合水凝胶（图1）。由于氢键更有效的能量耗散，γ-PGA/BC复合水凝胶表现出5.72 MPa的高压缩强度，是纯γ-PGA水凝胶的8.16倍。更重要的是，BC-f可以均匀地分散在γ-PGA水凝胶中，使γ-PGA/BC复合水凝胶具有良好的界面相容性。Park等将BC-f复合到聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）水凝胶中。在BC-f的增强作用下，复合水凝胶的压缩强度是纯PAM水凝胶的3倍。此外，复合水凝胶可将药物释放延缓两倍，同时还能根据施加的应力按需释放药物，这为伤口愈合创造了良好环境。

1.1.2 合成有机纳米纤维复合水凝胶

除天然纳米纤维外，合成有机纳米纤维因其优异的机械性能和适当的降解特性被用来制备高机械性能的仿生（如肌腱和关节软骨）材料。ANF因其极高的强度被用来制备具有优异强度和刚度的纳米纤维复合水凝胶。聚乳酸（PLA）纳米纤维具有良好的机械性能和优异的生物性能，因此被用来制备高强度生物基复合水凝胶。聚己内酯（PCL）纳米纤维，可用来制备具有可调机械性能和生物性能的纳米纤维复合水凝胶。

Sun等[10]通过ANF和PVA构建了各向异性复合水凝胶（ACH）。ACH内高度定向的网络可以模拟对齐的胶原纤维和蛋白聚糖之间的微观结构（图2a），使其具有与天然肌腱相匹配的高机械性能（弹性模量1.1 GPa，拉伸强度72 MPa）。Zhou等制备了三明治结构的ANF增强PVA的杂化水凝胶，ANF的增强及异质结构赋予了水凝胶5.5 MPa的高拉伸强度和15.4 MPa的高弹性模量。

图2 （a）ACH中ANF的增强作用和高度定向的网络；（b）APA/CMCS/KGN@PGF/GM制备示意图，具有优异的生物相容性；（c）在PCL/Gel纳米纤维上涂覆GelMA凝胶用于组织工程支架。

Liu等以PLA纳米纤维为壳明胶（Gelatine，Gel）为核制备了PGF纳米纤维，复合醛聚乙二醇/羧甲基壳聚糖水凝胶（aldehydized polyethylene glycol/carboxymethyl chitosan，APA/CMCS），制备了纳米纤维复合微通道可注射水凝胶（APA/CMCS/ KGN@PGF/GM）（图2b）。PGF纳米纤维赋予了水凝胶微通道结构，其促进了骨髓间充质干细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC）的增殖和向内生长。Yue等将丝素纤维（Silk fibroin， SF）/聚乳酸纳米纤维（SF/PLA）加入到甲基丙烯酸化明胶（gelatin methacrylate，GelMA）水凝胶中，纳米纤维复合水凝胶的压缩模量（2.65±0.31）MPa达到了与天然软骨相当的水平。Mohabatpour等将PLA纳米纤维掺入到海藻酸盐-透明质酸（alginate- hyaluronic acid，Alg-HA）水凝胶中，压缩模量增加了约81%，并为软骨细胞提供合适的ECM微环境。

Hong等将PCL/Gel纳米纤维掺入GelMA中，来制备具有良好机械强度（较GelMA水凝胶刚度提高了3倍）和生物活性的组织工程支架（图2c）。Zare等[47]通过PCL/Gel纳米纤维层增强Alg基水凝胶的机械性能，同时使复合水凝胶表现出适合细胞生长的环境。复合水凝胶被视为软骨再生有前途的候选者。

1.2 无机纳米纤维复合水凝胶

受天然骨组织的启发，将无机纳米纤维整合到水凝胶中不仅可以提高复合水凝胶的机械强度还可以模仿天然骨组织。例如：CFP支持骨细胞附着和增殖，CFP的加入可将水凝胶的特性与CFP的生物性能和力学性能相结合，制备具有高机械强度和生物性能的复合水凝胶。HANF具有硬度大和良好的生物相容性等特点，被用作增强材料改善水凝胶的机械性能。二氧化硅（SiO2）纳米纤维和水凝胶复合，形成更紧凑的微观结构和更高的机械强度的纳米纤维复合水凝胶。

Dibazar等将CFP掺入Ca²⁺的聚葡萄糖醛酸（polyglucuronic acid，PGU）/海藻酸（sodium alginate，Alg），制备了PGU/Alg/CFP纳米纤维复合水凝胶。CFP的掺入诱导了水凝胶中相互连通的多孔结构的产生，为骨细胞在PGU/Alg/CFP中的迁移提供了空间，提高了骨再生的成功率。Llorens-Gámez等介绍了CFP增强Alg基水凝胶，并表征其物理和生物特性。2% w/w CFP的加入使水凝胶的拉伸模量和压缩模量分别提高了3倍和6倍，且在人类角质细胞中表现出优异的生物特性。

Li等将HANF与GelMA复合制备了HANF/GelMA复合水凝胶。HANF的缠绕使HANF/GelMA形成了更紧密的连续结构，提高了其力学性能。HANF/GelMA复合水凝胶能为骨组织细胞提供良好的三维生长环境。Wang等将HANF加入GelMA中来模拟天然骨组织结构和成分，改善了GelMA的生物相容性、机械性能和骨再生性能。

Lu等通过整合柔性SiO2纳米纤维（SNF）和乙烯基硅烷/海藻酸钠/PAM制备出了一种SiO2纳米纤维增强水凝胶（SFRH）（图3）。在SNF纳米纤维和PAM链之间牢固的界面化学键作用下，SFRH在1400%的应变下具有0.3 MPa的拉伸强度和0.11 MPa的杨氏模量。并在1000次循环拉伸下不发生塑性变形。Mi等将SiO2纳米纤维添加到纤维素基凝胶中制备了一种超疏水复合凝胶。连续SiO2纳米纤维为凝胶提供了机械刚度和结构复杂性，使其具有高压缩性能和机械可恢复性。Buchtová等通过SiO2纳米纤维和硅氧烷衍生的羟基丙甲基纤维素侧链硅烷醇基之间的化学亲和力，来调节复合水凝胶刚性，从而影响承受载荷下的软骨细胞的形态和功能。

1.3 有机-无机杂化纳米纤维复合水凝胶

纯聚合物材料制备的纳米纤维膜存在强度和韧性较差的特点，而且不具备功能化因子，限制了其应用范围。研究者们尝试制备有机-无机杂化纳米纤维，使这种杂化纳米纤维膜既具有机聚合物良好的柔顺性、可塑性，又有无机材料良好的热稳定性、化学稳定性和高强度。

Cai等制备羧基多壁碳纳米管（carboxyl multi-walled carbon nanotubes，cMWCNTs）接枝BC的杂化纳米纤维（BC-g-cMWCNTs），用壳聚糖水凝胶进行涂覆，制备了壳聚糖包覆的BC-g-cMWCNTs纳米纤维复合凝胶（图4a）。复合水凝胶的拉伸强度和杨氏模量为纯壳聚糖水凝胶的2倍以上，归因于BC-g-cMWCNTs杂化纳米纤维的支撑作用。Joshi等制备了蓬松的掺杂有β-磷酸三钙（β-tricalcium phosphate, β-TCP）的PLA纳米纤维（PLA）-co-（β-TCP），将蓬松的纳米纤维分散在GelMA中。在β-TCP和PLA协同作用下，（PLA）-co-（β-TCP）可以改善水凝胶中的孔隙结构，使水凝胶结构更加完整并提高了水凝胶的压缩强度和模量。

Yu等将ANF作为有机增强剂，原位聚合的一维超细羟基磷灰石纳米纤维（HL）作为无机增强体引入PVA水凝胶基质中，制备了PAHL复合水凝胶。在有机-无机纳米纤维协同增韧机制下，PAHL的机械强度和韧性高达（24.15±1.12）MPa和（15.68±1.78）MJ·m^-3，超过了大多数增韧水凝胶（图4b）。

2 纳米纤维复合水凝胶制备方法

纤维增强水凝胶的制备有：掺入法、层压法及其他方法（图5）。

图5 纳米纤维/水凝胶复合材料制备策略。

2.1 掺入法

简单地将纳米纤维掺入水凝胶中是一种简单可靠并被广泛采用制备纳米纤维复合水凝胶的策略。将纳米纤维直接混合到水凝胶中会出现分布不均匀的情况。通常采用研磨或超声分散纳米纤维，掺入到水凝胶中以获得性能均匀的纳米纤维复合水凝胶。

Cheng等通过一种简单可控的方法来制备PVA/CFP复合水凝胶。将CFP掺入到PVA溶液中，并通过水浴加热磁力搅拌来均质化CFP和PVA，冻融循环后制备了PVA/CFP复合水凝胶（图6a）。Huang等将（聚乙烯醇-co-乙烯）（polyvinyl alcohol-co- polyethylene，PVA-co-PE）纳米纤维在水中进行超声分散表现出良好的分散性，作为增强材料加入到Ca²⁺交联的海藻酸盐水凝胶中。

图6 PVA/CFP复合水凝胶的制备流程；（b）CPH水凝胶的三网络结构和优异的可拉伸和自修复性能。

采用研磨分解纳米纤维对纤维长度的控制有限。对于脆性较小的聚合物纳米纤维，超声处理后纳米纤维表面变得更粗糙凹坑更多。因此为了改变纳米纤维的形态。Mohabatpour等通过氨解反应制备了片段化的PLA纳米纤维，将其掺入到Alg-HA水凝胶前体溶液中，通过Ca²⁺交联得到了PLA/Alg-HA复合水凝胶。裂解后的PLA纳米纤维具有更均匀的离散形态，使PLA/Alg-HA比纯Alg-HA水凝胶的压缩模量高45%。

除切割、降解纳米纤维外，研究者们将单体在水凝胶内原位聚合形成纳米纤维掺入到水凝胶中。Chen等将原位氧化聚合而成聚吡咯（polypyrrole，PPy）纳米纤维作为导电网络，纳入到2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧氧化纤维素纳米纤维（2,2,6,6-tetrametylpiperidine-1-oxyl，TOCNF）/PAA水凝胶基质中制备CPH水凝胶。CPH在分层三网络结构的协同效应下，表现出高拉伸性（断裂伸长率约890%）、导电性（3.9 S·m^-1）和自修复性（导电性和力学性能愈合效率99.4%和98.3%）（图6b）。Tie等将吡咯（Pyrrole，Py）单体沉积在CNF表面通过聚合形成PPy纳米纤维，制备了PPy@CNF-PAM复合水凝胶。原位形成的PPy纳米纤维与CNF和PAM链紧密结合，赋予了复合水凝胶良好的透明度。

与简单共混方法相比，在水凝胶中原位形成纳米纤维的方法可以有效避免聚合物的聚集问题和赋予复合水凝胶更优异的综合性能。

2.2 层压法

2.2.1 逐层堆叠层压

通过逐层堆叠制备具有3D分层结构的纳米纤维复合水凝胶用来模拟组织工程支架引起了研究人员的广泛关注。

Yang等静电纺丝制备了聚（L,D-乳酸）纳米纤维层。将接种细胞的纳米纤维网放置在I型胶原蛋白水凝胶表面上，后将方形滤纸框架放置在顶部作为纳米纤维层之间的间隔物，并在固化后固定水凝胶。重复此过程以创建3D纳米纤维-细胞-水凝胶复合材料（图7）。纳米纤维通过逐层组装整合到水凝胶中，形成宏观和高度组织化的复合水凝胶支架。Xu等静电纺制备了L-lactide（L-PLA）纳米纤维层，用HA基水凝胶前体溶液对其进行涂覆，接着再放置L-PLA纳米纤维层，重复该过程来制备四层层压复合材料。纳米纤维层的加入形成了具有稳固机械性能的层压复合水凝胶，有潜力为承重骨科应用中的再生区域提供结构支撑。

图7 3D复合材料组装示意图及纳米纤维排列方向对细胞方向的影响。

2.2.2 包裹法

与堆叠层压相似，可以将纳米纤维包裹在水凝胶前体溶液中进一步交联形成纳米纤维复合水凝胶。纳米纤维可以作为结构支撑和尺寸稳定的框架来制备各种形状和复杂结构的纳米纤维复合水凝胶。

MCMAHON等将静电纺得到的聚（ε-己内酯-co-聚氨酯）尿素纳米纤维切割成矩形段，将其放置在中空的聚四氟乙烯圆柱体中，形成两个同心网格层。加入凝血酶/纤维蛋白原细胞悬液来包封并穿透纤维层，接着浸入聚（乙二醇）-纤维蛋白溶液通过紫外聚合，最后获得纳米纤维复合水凝胶（图8）。复合水凝胶的低刚度行为由水凝胶主导，而高刚度行为由纳米纤维主导。Deepthi等将壳聚糖-胶原（Chitosan-collagen, Ch-Col）水凝胶平铺在聚（L-乳酸）（Poly(L-lactic acid), PLLA）纳米纤维上卷起来得到复合纳米纤维膜，接着将复合纳米纤维膜浸入到Ca²⁺的Alg水凝胶中，制备了Ch-Col/PLLA/Alg复合水凝胶。

2.2.3 涂覆法

为了保持和提高加工复合材料的机械完整性。水凝胶的前体溶液直接涂覆到纳米纤维膜上或者浸泡纳米纤维膜后通过光交联、物理交联或化学交联制备纳米纤维复合水凝胶是一种易于操作和可靠的制备方法。

Wen等制备了一种三明治结构的纳米纤维复合凝胶。首先制备了聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVP）/银/聚氨酯（polyurethane，PU）（PVP/Ag@PU）纳米纤维膜，接着将凝胶前体溶液均匀地涂覆在纳米纤维膜两侧结合冻融循环策略制备了NCRO。纳米纤维膜赋予了复合凝胶优异的力学性能，如拉伸强度（7.38±0.24）MPa、韧性（31.59± 1.53）MJ·m^-3、断裂能（5.41±0.63）kJ·m^-2。Shen等将壳聚糖基水凝胶前体溶液涂覆到聚氨酯/聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）（PU/PDMS）纳米纤维膜，并通过光交联制备了一种双层复合敷料（图9）。PU/PDMS纳米纤维膜用作保护和支撑上层，使双层复合敷料表现出优异的机械性能和自修复能力。

图9 双层复合敷料结构性能示意图。

2.3 其他方法

纳米纤维和水凝胶也可以在微尺度上集成。双重静电纺丝/电喷雾法是将水凝胶溶液沉积在纳米纤维的收集器上，从而在微尺度上形成纳米纤维复合水凝胶，这一方法有利于解决纳米纤维膜在再生医学中的细胞浸润问题。

Ekaputra等将PCL和胶原蛋白（collagen，COl）的混合溶液进行双静电纺丝，同时电喷射糖胺聚糖的水凝胶溶液，形成共沉积的PCL/COl-Hep复合水凝胶（图10a）。PCL/COL-Hep表现出了更好的细胞渗透性，细胞通过PCL/COL-Hep的深度大于200 μm，远大于PCL/COL纤维支架的50 μm。Hong等双静电纺丝聚（酯氨基甲酸酯）脲（poly(ester urethane)urea, PEUU），同时对具有猪皮肤组织ECM的凝胶进行电喷射处理，两者都收集到旋转的金属芯轴上，最终制备了ECM/PEUU复合支架。相较于电纺PEUU纳米纤维膜，复合支架具有与天然腹壁更相似的特性，大量细胞可以浸润其中。

另一种方法是直接静电纺丝水凝胶前体溶液制备纳米纤维水凝胶，用来模拟仿生ECM。并且可以提供一种三维细胞培养模型，逐渐取代传统的二维细胞培养基质。

Liu等通过手持式静电纺丝设备构建了水性溶剂型PVA/SF/SA/GelMA纳米纤维，吸收伤口渗出物后形成离子交联水凝胶。离子交联水凝胶与PVA/SF/SA/GelMA纳米纤维形成水凝胶-纳米纤维复合结构，经过光交联后在伤口位置保持稳定的结构（图10b）。Gilotra等使用掺有丝胶（Silk sericin，SS）的PVA水凝胶前体溶液通过静电纺丝制备了PVA-SS纳米纤维水凝胶，具有抗菌活性、溶胀能力和优异的生物相容性。具体来说，在PVA-SS上培养的鼠成纤维细胞和人角质细胞表现出示出更高的增殖能力。

3 纳米纤维复合水凝胶的应用

3.1 多功能伤口敷料

水凝胶伤口敷料具有能够为伤口提供湿润愈合环境、止血和低成本等优点。纳米纤维的高孔隙率、细胞外基质样结构、柔性组分和可延展形态等特点在改善水凝胶力学性能和组织修复中表现出了独特的优势。因此纳米纤维复合水凝胶其作为多功能伤口敷料的纳米级构建单元具有广阔的前景。

Li等利用ANF的高机械强度与抗菌药物大黄酸组合制备ANF/大黄酸复合水凝胶，其可以不断释放大黄酸抑制金黄色葡萄球菌的生长，从而用于感染伤口的愈合（图11）。此外，ANF/大黄酸复合水凝胶具有适当的机械强度、高持水能力（>99%）和良好的生物相容性（无刺激性、不溶血性和无细胞毒性）。Chen等构建了一种负载四环素（tannic acid，TH）的纤维素基纳米纤维复合PAA水凝胶敷料。其对湿生物组织表现出17.5 kPa的高黏合强度且其可以持续释放TH 120 h，这为伤口提供了长期的抗菌环境并促进愈合过程。Romero等制备了负载克林霉素的PCL基纳米纤维复合纤维素水凝胶，来抑制伤口中金黄色葡萄球菌促进伤口愈合。

3.2 组织工程

水凝胶因其3D结构和类似于软组织的弹性特性，被设计用于组织工程支架基质。纳米纤维网与ECM有着相似的微观结构而被用作组织工程基底。在水凝胶中添加纳米纤维成分可提高复合水凝胶机械性能。近年来，纳米纤维复合水凝胶用作天然组织替代品得到了广泛的研究。

Li等将表面功能化PCL纳米纤维和HA基水凝胶共价连接，制备了一种可以匹配天然脂肪组织机械性能（剪切储能模量150~600 Pa）的复合水凝胶。表面功能化PCL纳米纤维可以促进复合水凝胶内的血管生成，从而为组织修复奠定基础。Wu等将导电纳米纤维网（NFYs-NET）封装在UV交联的GelMA水凝胶内，用作模拟天然心脏组织结构的3D混合支架。NFYs-NET能够诱导心肌细胞（cardiomyocytes，CMs）排列、伸长并增强CMs的成熟和功能性，GelMA水凝胶壳为CMs的内皮化提供了合适的3D环境。Wu等制备了一种用于心脏瓣膜组织的3D纳米纤维复合水凝胶支架。该3D复合支架抑制了不健康的人主动脉瓣间质细胞向肌成纤维细胞和成骨细胞的病理分化（图12），为天然ECM沉积和细胞增殖提供了适当的支持和微环境。

图12 3D复合支架生物学实验。

3.3 导电传感器

具有良好生物相容性和可调力学性能的导电水凝被认为是合成柔性传感器的合适候选材料。制备导电水凝胶其主流策略是加入导电材料，如石墨烯（graphene，GN）、碳纳米管（carbon nanotube，CNT）和导电聚合物等。然而，GN和CNT由于其固有的缺点而倾向于自聚集和分布不均。因此使用纳米填料来克服上述问题并获得高导电性水凝胶。

Li等通过一锅法制备了甲壳质纳米纤维（Chitin nanofiber, ChNF）复合PAM基水凝胶（ChNF/PAM）。ChNF的加入赋予了ChNF/PAM优异的机械性能（断裂应力为261.2 kPa，断裂应变为550.3%）、高导电性（电导率1.20 S·m^-1）和应变敏感性（应变系数高达4.29）（图13）。Jiao等将氧化CNF（oxidized cellulose nanofibrils，TOCNF）加入PANI/PAA水凝胶中，制备了具有高导电性（电导率为3.95 S·m^-1）、高灵敏度（gauge factor，GF=8.0）、出色的重复性和稳定性的新型导电自修复复合水凝胶。Tie等介绍了一种集光学透明性、高导电性及良好的机械性能于一体的复合水凝胶。自由基聚合形成的PPy纳米纤维均匀分布在CNF并与PAM基体良好融合，从而构建了高度连通的通路以实现优异的导电性。

图13 ChNF/PAM的机械性能和导电性。

3.4 吸附材料

水凝胶作为一种三维交联的聚合物网络在废水处理方面表现出了巨大的应用潜力，但是传统的水凝胶较低的机械强度在作为吸附材料方面还有很大缺陷。纳米纤维复合水凝胶具有稳定的3D网络结构和良好的机械性能，这可以极大改变传统吸附材料的局限性，并可能为废水处理开辟前所未有的可能性。

Zhang等开发了一种纤维素纳米纤维复合碳点接枝聚丙烯酰基复合水凝胶（CZCH），用于吸附四环素CZCH对TC具有显着的吸附能力，可达810.36 mg/g，经过五个连续的吸附/解吸循环，CZCH仍保持其初始吸附容量的85.6%。Huang等制备了TiO2纳米纤维复合海藻酸-聚丙烯酸水凝胶（NC），作为Cd²⁺的高效吸附剂。NC的多孔和松散的三维交联结构使吸附位点可以充分暴露于Cd²⁺中，最大吸附容量可达到76.92mg/g。Bora等介绍了改性纤维素纳米纤维杂化物复合淀粉/衣康酸/丙烯酸基水凝胶（HNC）。纳米纤维杂化物的掺入增强了HNC对Cu²⁺和Fe²⁺的吸附能力分别为122和70 mg·g^-1。并且可重复使用3个净化周期而不会明显降低效率。

水凝胶和电纺材料引起了研究人员的浓厚兴趣，但其固有的一些缺点在一定程度上限制了它们的单独应用。纳米纤维复合水凝胶结合了两种材料的优势，既可以拥有水凝胶基质的生物相容性和多功能性，又可以拥有纳米纤维的良好机械强度、高长径比、比表面积大的优点。

本综述对纳米纤维复合水凝胶进行了分类，具体来说，天然有机纳米纤维复合水凝胶、合成纳米纤维复合水凝胶、无机纳米纤维复合水凝胶、有机-无机杂化纳米纤维复合水凝胶。CNF因其优异的强度和刚度，在水介质中的高度分散性，并且易于进行表面化学修饰等特点，常被用来制备高机械性能的复合水凝胶。而合成纳米纤维复合水凝胶如：PLA纳米纤维复合水凝胶和PCL纳米纤维复合水凝胶更多用来制备接近ECM结构的生物复合水凝胶。无机纳米纤维复合水凝胶则被用来模仿天然骨组织，支持骨细胞附着和增殖。此外，我们总结了制备纳米纤维复合水凝胶的各种方法，包括掺入法、逐层堆叠层压法、水凝胶包裹纳米纤维、涂覆法、双重静电纺丝/电喷雾法和静电纺丝水凝胶前体等方法；列举了相对应的例子以及分析了各种方法的优缺点：掺入法简单并被广泛采用但是会出现纳米纤维分布不均匀的情况、逐层堆叠通常被用来制备具有3D分层结构的纳米纤维复合水凝胶，包裹法则可以用来制备各种形状和复杂结构的纳米纤维复合水凝胶、在微尺度上形成纳米纤维复合水凝胶则是采用双重静电纺丝/电喷雾法。最后，还详细讨论了纳米纤维复合水凝胶在伤口敷料、组织工程、导电传感器和吸附材料中的应用。

但是相对来说，这种新型复合材料的应用并没有得到有深度和系统性的开发，还处于早期阶段。因此需要更多的研究者将目光投入到这种复合材料中，继续拓展纳米纤维复合水凝胶的应用范围，并探索出适用于工业化的大规模管道化合成工艺。