光固化水凝胶是一种通过紫外光（UV）或可见光（如405nm蓝光）照射快速固化的智能高分子材料，具有快速成型、生物相容性好等特点，应用于生物医学、柔性电子、3D打印等领域。

定制光固化水凝胶时，需根据具体需求定制以下关键参数：

一、光固化体系选择

光引发剂

类型：选择适合的光引发剂，确保在特定波长下能有效产生自由基，启动交联反应。

浓度：控制光引发剂的添加量，通常在0.5-2wt%之间。浓度过高可能导致过度交联，影响水凝胶的性能；浓度过低则可能无法充分引发交联反应。

单体

类型：根据需求选择光敏预聚物，如聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、明胶甲基丙烯酰基（GelMA）、透明质酸衍生物（HAMA）等。这些单体在光照下能发生聚合反应，形成水凝胶。

分子量：以PEGDA为例，分子量范围建议控制在2000-8000Da之间，双键含量需达到0.8-1.2mmol/g，以保证交联密度。

取代度：对于甲基丙烯酰化明胶（GelMA），取代度应调节在60-85%范围，既能维持凝胶强度，又可避免过度交联导致的脆性增加。

二、交联密度控制

光照强度

调节紫外光的强度，通常在10-50mW/cm²之间。强度越高，产生的自由基越多，交联密度越大，水凝胶的机械性能越强。

光照时间

根据水凝胶的厚度和所需交联程度，调节光照时间，一般在15-120秒之间。光照时间越长，交联密度越大，但过长的光照时间可能导致过度交联，影响水凝胶的性能。

光引发剂浓度

如前所述，控制光引发剂的浓度在0.5-2wt%之间，以调节交联密度。

三、机械性能调节

单体浓度

增加单体的浓度可以提高水凝胶的交联密度，从而增强其机械性能。例如，质量浓度（w/v）为20%的GelMA水凝胶相较于15%和10%的水凝胶，具有更紧密的网络结构和更高的压缩模量。

单体种类

选择不同种类的单体，如GelMA、HAMA等，可以调节水凝胶的弹性、硬度等机械性能。例如，GelMA水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性，适合用于体内应用；HAMA水凝胶则通过透明质酸酶缓慢催化生成低分子量HA，促进Blood vessels生成和胶原沉积。

共聚单体

利用不同力学性能的光敏单体共聚，可以制备性能优越的水凝胶。例如，将透明质酸（HA）与GelMA共聚，可以提高水凝胶的粘弹性和空间填充性，同时保持较好的压缩性和力学性。

四、功能定制

添加功能性物质

药物：如疏水性药物（利福平、红霉素等），可通过物理或化学方式负载到水凝胶中，实现药物的缓释。

结构设计

通过光固化技术的空间可控性，设计水凝胶的结构，如多孔结构、梯度结构等，以满足不同的应用需求。例如，多孔结构的水凝胶有利于细胞附着和物质交换；梯度结构的水凝胶可用于药物递送系统，实现药物的靶向释放。

五、性能优化

溶胀性能

通过调节交联密度和单体的亲水性，控制水凝胶的溶胀性能。交联密度越高，吸水量越低；单体亲水性越强，吸水量越高。

降解性能

选择可生物降解的单体或添加降解调节剂，控制水凝胶的降解速率。例如，通过调节GelMA的交联程度和环境条件，可以控制其降解速率，满足不同的应用需求。

生物相容性

选择具有良好生物相容性的单体和光引发剂，确保水凝胶在体内应用的安全性。例如，GelMA和HAMA均具有良好的生物相容性，适合用于体内应用。

六、固化工艺参数

分层固化策略

对于厚度超过3mm的凝胶体，采用分层固化策略，每层固化间隔时间不小于30秒，以确保固化均匀，避免内部未固化区域。

后处理

固化完成后，进行后处理，如用PBS缓冲液浸泡平衡，以确保水凝胶的性能稳定。浸泡时间需保证溶胀率达到平衡状态的90%以上，通常需要12-24小时。

定制光固化水凝胶时，需综合考虑光固化体系选择、交联密度控制、机械性能调节、功能定制、性能优化以及固化工艺参数等多个方面。通过合理设计这些参数，可以实现光固化水凝胶在生物医学、电子器件、传感器等领域的应用。

瑞禧可定制的科研级光固化水凝胶包括但不限于：