两性离子水凝胶因其分子链上同时含有等量的正负电荷基团（如季铵盐和磺酸基/羧酸基），整体呈电中性，近年来成为软材料领域的研究热点。这种独特的电荷分布使其兼具强水合能力、抗聚电解质效应、优异的离子导电性、环境响应性及抗冻性能。

基于此，鲁东大学徐文龙教授团队系统总结了两性离子水凝胶的分子结构、交联机制及其在海水淡化、废水处理、柔性传感器、电池/超级电容器、伤口敷料、药物递送、医疗器械防污、海洋防污、隐私保护等领域的跨学科应用，并指出了当前在大规模制备、力学-水合性能平衡等方面的挑战与未来方向。该综述按结构将两性离子水凝胶分为磺基甜菜碱、羧基甜菜碱、磷酸甜菜碱、硫酸甜菜碱、氨基酸型、磷脂型及阴阳离子复合型，并总结各自交联方式与性能优势。详细阐述了抗聚电解质效应，即在高盐环境下，盐离子屏蔽链内静电吸引，使聚合物链伸展，增强溶胀、离子传导和吸附能力。综述不仅综述了两性离子用于生物医学（伤口愈合、药物递送、抗污涂层），还在海水淡化、大气水收集、柔性储能、智能窗户、信息加密等方向展示出独特优势。

图1. 两性离子水凝胶发展历程中的重要里程碑事件。（包括：首个人工两性聚电解质的仿生合成、聚磺基甜菜碱的合成、仿细胞膜共聚物的开发、“水合层”与“零界面自由能”防污理论的提出、首个三维网络两性离子水凝胶的诞生、强度提升与智能化应用的发展）

图2. (a) 两性离子水凝胶中分子间相互作用示意图；(b) 两性离子水凝胶刷在盐溶液中形成有序氢键水层的过程；(c) 多重两性离子水凝胶的抗聚电解质效应；(d) 两性离子水凝胶中阴、阳离子对重金属的吸附作用；(e) 两性离子水凝胶抗生物污损性能示意图；(f) 水合层形成产生水下超疏油性的机制。

图3. (a) 两性离子水凝胶中的离子迁移通道；(b) 水凝胶中强、弱静电键的力学比较；(c) 氢键结构示意图；(d) 两性离子水凝胶中偶极-偶极相互作用及物理交联网络示意图；(e) 不同pH下细菌纤维素-壳聚糖两性离子水凝胶的溶胀比；(f) 不同pH下磺酸基咪唑类水凝胶的力学参数；(g) 两性离子水凝胶的抗冻机制与性能示意图。

图4. 两性离子水凝胶在可持续水处理中的应用。(a) 两性离子水凝胶用于海水淡化；(b) 双网络两性离子水凝胶对海水具有更好的淡化效果；(c) 用于油水分离的3D打印两性离子水凝胶膜；(d) 光芬顿反应诱导有机染料降解；(e) 两性离子水凝胶捕获与收集大气中的水蒸气；(f) 两性离子水凝胶的光热转换确保水收集输出。

图5. 两性离子水凝胶的电化学应用。(a) 不同pH和温度条件下两性离子水凝胶的响应曲线；(b) 不同拉伸程度及其对应电流；(c) 使用两性离子水凝胶的Zn||MnO₂软包电池；(d) 水凝胶优异的自修复行为与力学性能；(e) 两性离子水凝胶电解质在弯曲、压缩和低温条件下确保超级电容器正常运行；(f) 面向运动匹配力学性能、生物粘附性与生物相容性的超级电容器优化。

图6. 两性离子水凝胶在生物医学领域的应用。(a) 用于伤口愈合的两性离子水凝胶；(b) 自修复两性离子水凝胶敷料；(c) 用于靶向药物递送的两性离子水凝胶；(d) 用于肿瘤注射治疗的两性离子水凝胶；(e)用于胶质母细胞瘤治疗的两性离子水凝胶；(f) 用于医疗器械防污涂层的两性离子水凝胶；(g) 两性离子水凝胶涂层的自防御机制示意图。

图7. (a) 作为船舶防污涂层的两性离子水凝胶及其抗沉积性能；(b) UCST智能窗户在白天和夜晚的工作原理；(c) 水凝胶上不同英文字母图案的光学打印与擦除；(d) 水凝胶上快速响应二维码的光学打印及智能手机扫描显示加密信息；(e) 通过pH响应荧光与可见光颜色变化呈现的两性离子水凝胶加密信息图像。

论文以“Multifunctional zwitterionic hydrogels: A review of cross-disciplinary applications”为题发表在《Supramolecular Materials》上，通讯作者是鲁东大学徐文龙教授。

参考文献

Multifunctional zwitterionic hydrogels: A review of cross-disciplinary applications

Yuechan Xie, Yixuan Wang, Longze Jiao, Zhihao Chen, Lunan Zhao, Jiahao Wang, Wenlong Xu

Supramolecular Materials 2026, 5, 100133

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266724052500042X