摘要：

本文综述金属-有机框架（MOF）与水凝胶杂化材料，提出应从静态填料复合转向可编程时空微环境处理器。文章围绕结构、界面、动力学、功能和转化五个维度，阐明晶态MOF与软水凝胶如何通过界面化学、动态网络和受限传质实现协同，进而调控力学、催化、运输和生物识别。综述还讨论慢性伤口、口腔颅颌面、骨软骨、传感和环境修复等场景，并总结标准化、可制造性和长期安全等挑战，为下一代自适应材料提供统一设计框架。

研究背景

MOF具有原子级精确孔道、可调金属节点和丰富活性位点，但常呈脆性粉末，加工性、水中稳定性和宏观成型受限。水凝胶柔软、含水、黏弹可调，能模拟细胞外基质，却缺乏有序孔道和高效催化精度。早期复合多将MOF作为被动填料，仅改善分散与操作，未建立两相间的动态耦合。因此，需要从简单硬软互补转向界面介导、跨尺度协同的可编程微环境系统。

主要内容

文章按结构、界面、动力学、功能、转化五维展开。结构层面涵盖MOF构建单元、水凝胶基体、多级孔、各向异性和模块化组装；界面层面包括非共价耦合、动态共价桥接、配位锚定和金属-酚网络；动力学层面涉及交联交换、应力松弛、蠕变、自修复和黏弹性编程；功能层面整合催化、抗菌、免疫调节、血管化和再生信号；应用层面延伸至伤口、口腔颅颌面、骨软骨、传感、环境修复和闭环系统。

研究设计

作为概念驱动型综述，文章不按材料种类或应用类别罗列，而以“结构—界面—动力学—功能—转化”为主线，跨尺度分析MOF-水凝胶耦合逻辑。作者综合文献，讨论原位结晶、包覆、共组装、核壳、微凝胶、颗粒堆积和各向异性构筑，分析界面化学如何决定力传递、传质、催化可及性和生物识别，并梳理动态力学、受限反应、生物模块及场景适应策略，最后归纳标准化、可制造性、灭菌、储存和监管等瓶颈

结果

综述认为，MOF-水凝胶的价值不在性能简单叠加，而在界面介导的协同：动态键交换和黏弹性编程可匹配组织力学并调控细胞行为；多级孔与MOF纳米孔耦合可兼顾高通透与分子选择性；受限微环境可联动调节氧、活性氧、葡萄糖、离子和pH，实现抗菌、免疫调节、血管化和再生。不同场景需要不同治疗时序，但共享平台设计逻辑。当前主要障碍包括结构-性能-功能映射不完整、动态力学测试不一致、负载与释放指标模糊、长期生物安全评估不足，以及规模化、灭菌和批次重复性困难。

思路延伸

未来可发展机理引导和人工智能辅助的逆向设计，从目标功能反推材料蓝图；从均质基体走向分层活体集成系统，构建梯度、各向异性和空间分区结构；发展自适应生物界面与自主系统，实现传感、反馈、驱动和治疗的闭环；推动化学、流变学、免疫学和生物制造深度融合。同时需建立标准化数据集和生理相关测试，提升可重复性、可比性和预测性，使MOF-水凝胶从实验室构建走向可编程微环境材料。

原文来源：

Progress in Materials Science

Pub Date : 2026-07-22

DOI:10.1021/acsnano.5c09438

Weichang Li , Lili Chen

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