DOI: 10.1002/mame.202000285

水凝胶是一种具有3D交联聚合物链网络的软材料，可以吸收和保持大量的水。水凝胶因其多样且极好的功能特性以及广泛的应用而吸引了科学界和工业界的极大关注。根据“结构决定功能”的逻辑，结构制备在水凝胶科学中起着关键作用。因此，水凝胶结构的合理设计是水凝胶功能和应用的保证。另外，水凝胶功能和应用的各种需求需要其具有复杂、有效和独特的水凝胶结构。因此，基于E-spin/E-spray技术对于制备各种尺寸和形貌可调的材料结构具有重要价值，本文综述了静电纺丝/静电喷雾（E-spin/E-spray）技术在水凝胶结构设计中的潜力。本文不仅为全面认识E-spin/E-spray技术的结构设计能力提供了参考，也为利用E-spin/E-spray技术制备不同结构的水凝胶提供了前瞻性的思路。

图1.水凝胶科学的核心关注点。

图2.水凝胶结构的分类。

图3.单喷嘴传统静电纺丝工艺的示意图。

图4.通过E-spin/E-spray获得的结构设计。左下方显示了通过静电纺丝制备的具有多种结构的微纤维/纳米纤维。右下方为电喷雾结构。

图5.用于制备纤维取向的静电纺丝法示意图。

图6.电纺纤维（a）/电喷雾球（b）中的内部交联或相互交联点的示意图。

图7.通过序列层层静电纺丝制备的多层水凝胶的示意图。

图8.用于控制释放应用的静电纺多层水凝胶的示意图。a）由LCST聚合物A层和LCST聚合物B层组成的两层静电纺水凝胶，LCST-A＞LCST-B。b）由LCST聚合物A层和UCST聚合物C层组成的两层静电纺水凝胶，LCST-A＞UCST-C。c）由LCST聚合物A层和UCST聚合物D层组成的两层静电纺水凝胶，LCST-A＜UCST-D。不同的组分用不同的颜色表示，凝胶体积随温度的变化由长方体的体积变化表示。

图9.通过a）静电喷雾制备的“Janus”微/纳米凝胶的示意图和通过b）静电纺丝制备的“Janus”微/纳米纤维水凝胶的示意图。

图10.通过同轴静电喷雾技术制备的不同核-壳球形水凝胶的示意图。

图11.具有电纺基质的定向结构水凝胶的示意图。

图12.通过静电纺丝制备的水凝胶示意图。a）IPN/DN水凝胶，b）纳米复合水凝胶，和c）乳液水凝胶。

图13.通过直接电子沉积技术制备的二维纳米网。a）示意图显示了收集器电感耦合直接电沉积策略。四个收集器触发了四个不同体系结构的组装。b）聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺6（PA-6）、聚丙烯腈（PAN）、聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）的典型扫描电子显微镜（SEM）图像。（b）中的比例尺，300 nm。

图14.通过互补化学基团的反应在多纤维水凝胶网络中进行机械化学相互作用。

图15.通过定向层和随机层的静电纺丝，经四个步骤形成Bi-PNIPAm-0°、Bi-PNIPAm-45°，Bi-PNIPAm-90°致动器的示意图a）。在40℃的水中通过有限元模拟获得的双层垫的平衡形状。从左到右分别是两层定向（蓝色）/随机（粉红色）中的0°、45°和90°纤维排列。通过使用各向异性膨胀系数和各向异性弹性模量获得的结果与获得的实验形状非常吻合b）。

图16.胶原水凝胶纳米纤维的制备。a）静电纺丝和胶凝过程的示意图。静电纺丝装置由同轴喷嘴和旋转收集器组成。将胶原和PVP水溶液分别注入同轴喷嘴的芯流室和壳流室中。接下来，将聚合物溶液在高压下喷雾到收集器上以获得纤维。将获得的胶原蛋白/PVP核-壳纳米纤维凝胶化，并洗涤PVP以获得纯胶原蛋白水凝胶纳米纤维。b）静电纺同轴纤维的形态。将罗丹明B（红色）和尿素（绿色）分别添加到1％胶原蛋白（核）和40％PVP（壳）溶液中。比例尺=200μm。

图17.a）通过静电纺丝和水凝胶壳结合定向纳米纤维纱线来制备模仿天然骨骼肌组织的核-壳柱状和片状支架的方法示意图。b）用于在3D核-壳支架中制备定向导电纳米纤维纱线和神经元分支的方法示意图。

图18.GelMA水凝胶纤维支架的制备过程示意图，并使用仿生支架修复脊髓损伤，其中a）表示GelMA的化学修饰和交联，b）展示了静电纺丝工艺，然后进行表征。

图19.电拉伸设置和水凝胶微纤维的功能。通过简单的挤出和电拉伸制备的水凝胶纤维的SEM显微照片。a）纤维蛋白、b）明胶和c）HA凝胶，通过简单的挤出或混合制成，并由随机取向的纳米纤维网络组成。d）电拉伸纤维蛋白、e）明胶和f）HA水凝胶纤维显示优先排列。箭头指示超细纤维纵轴的方向。

图20.水凝胶纤维中杂化交联聚合物网络的分子设计以及水凝胶纤维的湿纺过程和分子演化示意图。（1）、（2）和（3）显示了纺丝过程中不同阶段的结构演变，包括：1）纺丝溶液、2）离子交联纤维和3）杂化交联纤维。