DOI: 10.1002/mame.202000285
水凝膠是一種具有3D交聯聚合物鏈網絡的軟材料，可以吸收和保持大量的水。水凝膠因其多樣且極好的功能特性以及廣泛的應用而吸引了科學界和工業界的極大關注。根據“結構決定功能”的邏輯，結構制備在水凝膠科學中起著關鍵作用。因此，水凝膠結構的合理設計是水凝膠功能和應用的保證。另外，水凝膠功能和應用的各種需求需要其具有復雜、有效和獨特的水凝膠結構。因此，基于E-spin/E-spray技術對于制備各種尺寸和形貌可調的材料結構具有重要價值，本文綜述了靜電紡絲/靜電噴霧（E-spin/E-spray）技術在水凝膠結構設計中的潛力。本文不僅為全面認識E-spin/E-spray技術的結構設計能力提供了參考，也為利用E-spin/E-spray技術制備不同結構的水凝膠提供了前瞻性的思路。
圖1.水凝膠科學的核心關注點。
圖2.水凝膠結構的分類。
圖3.單噴嘴傳統靜電紡絲工藝的示意圖。
圖4.通過E-spin/E-spray獲得的結構設計。左下方顯示了通過靜電紡絲制備的具有多種結構的微纖維/納米纖維。右下方為電噴霧結構。
圖5.用于制備纖維取向的靜電紡絲法示意圖。
圖6.電紡纖維（a）/電噴霧球（b）中的內部交聯或相互交聯點的示意圖。
圖7.通過序列層層靜電紡絲制備的多層水凝膠的示意圖。
圖8.用于控制釋放應用的靜電紡多層水凝膠的示意圖。a）由LCST聚合物A層和LCST聚合物B層組成的兩層靜電紡水凝膠，LCST-A＞LCST-B。b）由LCST聚合物A層和UCST聚合物C層組成的兩層靜電紡水凝膠，LCST-A＞UCST-C。c）由LCST聚合物A層和UCST聚合物D層組成的兩層靜電紡水凝膠，LCST-A＜UCST-D。不同的組分用不同的顏色表示，凝膠體積隨溫度的變化由長方體的體積變化表示。
圖9.通過a）靜電噴霧制備的“Janus”微/納米凝膠的示意圖和通過b）靜電紡絲制備的“Janus”微/納米纖維水凝膠的示意圖。
圖10.通過同軸靜電噴霧技術制備的不同核-殼球形水凝膠的示意圖。
圖11.具有電紡基質的定向結構水凝膠的示意圖。
圖12.通過靜電紡絲制備的水凝膠示意圖。a）IPN/DN水凝膠，b）納米復合水凝膠，和c）乳液水凝膠。
圖13.通過直接電子沉積技術制備的二維納米網。a）示意圖顯示了收集器電感耦合直接電沉積策略。四個收集器觸發了四個不同體系結構的組裝。b）聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺6（PA-6）、聚丙烯腈（PAN）、聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）的典型掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（b）中的比例尺，300 nm。
圖14.通過互補化學基團的反應在多纖維水凝膠網絡中進行機械化學相互作用。
圖15.通過定向層和隨機層的靜電紡絲，經四個步驟形成Bi-PNIPAm-0°、Bi-PNIPAm-45°，Bi-PNIPAm-90°致動器的示意圖a）。在40℃的水中通過有限元模擬獲得的雙層墊的平衡形狀。從左到右分別是兩層定向（藍色）/隨機（粉紅色）中的0°、45°和90°纖維排列。通過使用各向異性膨脹系數和各向異性彈性模量獲得的結果與獲得的實驗形狀非常吻合b）。
圖16.膠原水凝膠納米纖維的制備。a）靜電紡絲和膠凝過程的示意圖。靜電紡絲裝置由同軸噴嘴和旋轉收集器組成。將膠原和PVP水溶液分別注入同軸噴嘴的芯流室和殼流室中。接下來，將聚合物溶液在高壓下噴霧到收集器上以獲得纖維。將獲得的膠原蛋白/PVP核-殼納米纖維凝膠化，并洗滌PVP以獲得純膠原蛋白水凝膠納米纖維。b）靜電紡同軸纖維的形態。將羅丹明B（紅色）和尿素（綠色）分別添加到1％膠原蛋白（核）和40％PVP（殼）溶液中。比例尺=200μm。
圖17.a）通過靜電紡絲和水凝膠殼結合定向納米纖維紗線來制備模仿天然骨骼肌組織的核-殼柱狀和片狀支架的方法示意圖。b）用于在3D核-殼支架中制備定向導電納米纖維紗線和神經元分支的方法示意圖。
圖18.GelMA水凝膠纖維支架的制備過程示意圖，并使用仿生支架修復脊髓損傷，其中a）表示GelMA的化學修飾和交聯，b）展示了靜電紡絲工藝，然后進行表征。
圖19.電拉伸設置和水凝膠微纖維的功能。通過簡單的擠出和電拉伸制備的水凝膠纖維的SEM顯微照片。a）纖維蛋白、b）明膠和c）HA凝膠，通過簡單的擠出或混合制成，并由隨機取向的納米纖維網絡組成。d）電拉伸纖維蛋白、e）明膠和f）HA水凝膠纖維顯示優先排列。箭頭指示超細纖維縱軸的方向。
圖20.水凝膠纖維中雜化交聯聚合物網絡的分子設計以及水凝膠纖維的濕紡過程和分子演化示意圖。（1）、（2）和（3）顯示了紡絲過程中不同階段的結構演變，包括：1）紡絲溶液、2）離子交聯纖維和3）雜化交聯纖維。
