综述：COF/水凝胶复合材料：从界面设计到多功能应用

《Advanced Industrial and Engineering Polymer Research》：COF/Hydrogel Composites: From Interface Design to Multifunctional Applications

　　

共价有机框架（Covalent Organic Frameworks，COFs）凭借其永久孔隙率、高结晶度及可调化学结构，已成为先进功能材料的重要候选体系。然而，其固有刚性与加工性能差限制了其在柔性集成器件中的直接应用。将COFs与水凝胶基质结合可提供协同解决方案，融合COFs的分子级精度与水凝胶优异的机械柔性、高含水率及生物相容性。本综述系统总结了COF/水凝胶复合材料的最新进展，聚焦物理共混、原位生长及共价交联三类界面设计策略。研究人员重点阐述了这些设计原理如何调控组分间协同效应，以提升离子传输、催化活性及机械耐久性。此外，综述全面概述了该复合材料在环境修复（重金属与有机污染物去除）、能源存储（锌离子电池与超级电容器）、生物传感（可穿戴应变传感器与临床诊断）及生物医学工程（糖尿病伤口愈合与骨组织再生）等领域的多功能应用。最后，讨论了当前挑战与未来展望，旨在为下一代软物质材料的开发提供路线图。

引言

全球人口增长推高了能源需求，有限的碳基燃料供应引发可持续性担忧。化石燃料燃烧释放二氧化碳与有害排放，加剧全球变暖。开发基于电化学系统的可再生能源存储与转化技术，对保护生态环境、减少温室气体排放至关重要。燃料电池、电池及超级电容器等系统依赖高性能电极材料，贵金属铂、铱虽常用，但高成本与稀缺性限制了其大规模应用，因此研究人员致力于开发具有优异理化性能的二维（Two-Dimensional，2D）材料用于能源存储与转化。共价有机框架是由可逆共价键构筑的多孔晶态聚合物，可通过误差校正形成热力学稳定网络，具有高孔隙率、可调孔径及明确的功能结构。基于网状化学原理，可根据有机构筑单元的对称性设计2D层状或三维（Three-Dimensional，3D）网络，多数2D COFs通过π-π堆积形成周期性排列通道，其π共轭骨架使其成为带隙可调的有机半导体，且在强酸强碱条件下仍具高化学稳定性，大比表面积与可定制结构使其在促进电化学过程方面极具潜力。

水凝胶是受自然启发的材料，兼具高拉伸性与离子传导性，与人体组织在机械、电学层面高度兼容。其主要由水（常超90%）及被称为凝胶因子的溶剂化分子、聚合物或无机颗粒组成，这种独特组成使其既保留液态水的理化性质，又表现出宏观固体的流变行为。除本体形式外，水凝胶也是气凝胶、干凝胶等功能材料的重要前驱体，其3D网络由化学共价键与疏水作用、静电作用等物理相互作用共同维持。传统水凝胶多由聚合物链构成，而2D材料正逐渐作为凝胶因子用于增强网络性能，纳米材料的引入不仅提升了水凝胶机械强度，还赋予其对电、光、热、声、磁刺激的多重响应性。结构上，水凝胶是通过化学或物理交联形成的亲水性水溶胀大分子网络，部分配方在4℃至室温间呈液态，约36℃孵育时则转变为凝胶态，其3D标准或溶胀形态提供巨大比表面积，可固定多种物质，因能吸收大量水或生物流体且生物相容性优异，成为生物传感器、药物递送载体及组织工程细胞移植基质的理想选择。

COFs与水凝胶各具独特结构优势，其复合体系可整合二者特性。COFs具有功能配体、固有孔隙率与大比表面积，但常面临机械稳定性差、加工复杂的局限；水凝胶则提供柔软灵活的3D网络，具备高含水率与优异生物相容性，却受限于低温稳定性不足与聚合物链易堆叠的问题。COF/水凝胶复合材料融合二者特性，形成层间距增大、活性比表面积大的分级结构，与单一组分相比，电子转移速率、整体稳定性与导电性均得到提升。通过将刚性晶态COF框架与柔性亲水水凝胶基质结合，该类复合材料克服了低密度与结构脆性的局限，为高性能应用提供了稳健平台。

区别于金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）基水凝胶或无机纳米颗粒（如石墨烯、MXenes）掺杂水凝胶，COF基水凝胶具有独特优势：MOFs依赖配位键，在长期水合溶胀下易发生水解与金属浸出，而COFs具有稳健的共价骨架（如亚胺键、酮烯胺键或三嗪键），可在极端电化学环境与pH波动中保持结构完整；传统致密无机纳米颗粒会形成曲折离子传输路径，而COFs的长程晶态有序性与永久孔隙率可提供无阻碍的专用分子通道；作为纯有机网络，COFs与水凝胶聚合物骨架具有优异的亲和能力，可实现无缝化学焊接或轮烷式互锁，避免连续循环变形过程中的界面相分离。

界面工程

COF/水凝胶复合材料的性能根本上取决于晶态COF颗粒与聚合物网络间的界面性质，有效的界面工程对克服COFs固有团聚、保障信号与物质高效传输至关重要，相关策略按界面作用强度与性质可分为三类。

物理共混与机械互锁

物理共混是最简便的方法，依靠氢键、π-π堆积与范德华力等非共价作用稳定水凝胶基质中的COFs，虽操作简单，但在长期运行应力下常面临组分浸出问题。该策略的高级形式是分子间机械互锁，线性聚合物链穿过COFs的固有纳米孔，这种“分子轮烷”效应显著增强了变形过程中的能量耗散，解决了柔性器件中拉伸强度与韧性的传统权衡问题。不同于简单包封，机械互锁产生的分子轮烷效应属于高级物理策略，虽解决了强度-韧性权衡问题，但其主要局限仍是聚合物链随时间推移可能发生松弛，逐渐破坏纳米限域通道。作为能量耗散节点，机械互锁使复合材料可通过COF纳米限域空间内的链滑移耗散裂纹尖端能量，这是实现超高韧性的基础。

原位生长与异相成核

原位生长是指在预成型水凝胶网络中直接合成COFs，或同步形成两相。利用水凝胶的功能基团（如氨基、羟基）作为成核位点，可使COFs均匀分布且界面黏附性强。该策略构建了长程结构连贯性与优化的离子/电子传输路径，对高性能电化学储能与快速响应生物传感至关重要。原位生长的合成原理依赖于水凝胶功能基团（如-NH₂）提供的异相成核动力学，虽保障了快速离子传输的无缝界面，但需仔细平衡生长速率，避免COF壳层过厚影响水凝胶基质整体柔性。这种异相成核决定了连续离子渗透网络的形成，与无序水凝胶基质相比显著降低了传质阻力，近期对COF框架成核动力学的研究进一步阐明了如何在分子界面调控构筑单元取向，以保障长程结构连贯性。

共价交联与化学焊接

共价整合是最稳健的界面设计，通过可逆或不可逆共价键（如硼酸酯键、希夫碱键或炔基键）将COF单元“焊接”到水凝胶骨架中。这种“化学焊接”确保了材料在高盐度、pH波动或光热加热等极端环境下的结构完整性。产生的协同效应不仅降低了环境应用中水的蒸发焓，还促进了生物医学工程中的复杂多步催化反应。共价焊接是极端环境应用的最稳健策略，尽管合成要求高于物理共混，但可逆或动态共价键为高盐度脱盐与生理条件提供了必需的结构连贯性，这些场景对组分稳定性的要求是刚性的。共价焊接提供了刚性锚定环境，可保持生物分子的活性构象，同时COF孔隙率为反应物创造了高浓度微环境。

新兴应用

COF/水凝胶复合材料用于环境修复

COFs与水凝胶基质的整合为解决太阳能脱盐这一重大环境挑战提供了先进平台。该领域的核心科学问题在于快速光热转化与局域软物质界面的主动抑盐结晶如何实现同步。为克服传统材料蒸发焓高、盐垢堆积的问题，研究人员越来越多地采用共价整合策略构建自适应界面，通过将COFs化学焊接到水凝胶网络中，所得复合材料获得了持续太阳能驱动脱盐所需的结构稳健性。基于共价交联策略，研究人员将卟啉COFs化学焊接到聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）网络中，这种设计确保了Janus界面在重复自清洁循环中保持结构稳定，这是分子水平稳健共价结构的直接优势。该水凝胶通过两种协同机制发挥作用：一是形成自适应Janus界面，通过热响应自清洁过程去除累积盐分；二是COF孔隙重构水状态，提高中间水比例，有效降低蒸发焓，实现了3.58 kg m^-2h^-1的高蒸发速率与87.7%的太阳能-蒸汽转换效率，在高盐度循环与真实户外条件下均保持稳定性能。

针对传统光热材料在真实海水中易因盐结晶降低光吸收与热效率、盐离子强水合作用升高蒸发焓的问题，研究人员开发了一系列具有精准可调分子电荷分布的COF/石墨烯水凝胶，通过调节生长在石墨烯片上的阳离子与阴离子COF的比例，构建了异电荷、两性离子与同电荷构型，研究发现异电荷水凝胶可通过空间离子调控有效抑制盐结晶，该结构促进选择性离子相互作用，增强网络内中间水形成，在3.5 wt%盐水中实现3.23 kg m^-2h^-1的蒸发速率，较纯水性能提升12%，且具备长期耐久性，可在极端pH条件下有效净化含重金属与染料的废水。

针对传统海水淡化成本高、化石能源消耗大的问题，界面太阳能驱动蒸汽生成（Interfacial Solar-driven Steam Generation，ISSG）成为可持续解决方案。研究人员开发了金属酞菁COF涂层水凝胶，通过 solvothermal 反应合成二维COFs USTB-39-M，其具有负zeta电位，而壳聚糖水凝胶带正电位，电荷差异使二者紧密吸引，COFs的富氧结构确保其有效包覆壳聚糖基水凝胶，太阳能加热效应局域在蒸发表面，与体相水隔热以减少能量损失，USTB-39-Cu涂层水凝胶在单太阳光强下实现3.42 kg m^-2h^-1的优异水蒸发通量，这得益于COFs的宽光谱吸收与水凝胶的超亲水性，脱盐实验显示离子截留率达99.99%。

针对淡水与电力需求增长、单一生产技术成本高效率低的问题，受红树林耐盐根系启发，研究人员开发了具有可调被动界面冷却功能的耐盐淡水-电力联产装置（Freshwater and Electricity Co-generation Device，FECGD），采用COF限域共聚合策略制备ACH-COFs，孔道内的氢键互锁保障了材料耐久性与可重复使用性。该体系不同于普通水凝胶，利用唐南效应与马兰戈尼效应实现高耐盐性与高效联产，理论与户外实验证实了其运行状态的自主监测能力，FECGD实现2.74 kg m^-2h^-1的淡水生产能力，最大功率密度是商用热电发生器的4.3倍，单独用于蒸发时ACH-COF速率达4.2 kg m^-2h^-1，在近饱和盐水中8小时无盐积累，结合了机械强度、抗污染性与可调汽化焓，在脱盐、发电与智能环境监测中具商业化潜力。

COF/水凝胶复合材料用于电化学储能

限制水系储能器件的核心理瓶颈是局域离子通量与电场的跨尺度调控，以同时抑制枝晶生长与组分溶解。超越简单填料的设计思路，高性能储能系统的发展依赖于非对称与Janus结构以实现精准离子调控，这些界面工程电解质通过结合COFs的晶态纳米通道与水凝胶基质的离子传导性，有效抑制锌枝晶生长与穿梭效应。2025年报道的最先进结构表明，分级COF/水凝胶界面可有效重新分布电场，将水系电池循环寿命推向新高，即使在高电流密度下仍保持稳定。研究人员受皮肤启发设计了类皮肤准固态电解质（Skin-like Quasi-Solid-State Electrolyte，skin-QSSE），用于同时调控阴极与阳极界面，通过将富含负电氮位点的三嗪基COF（TFB-TAPT）负载到芳纶纳米纤维水凝胶上制备而成。与传统液态电解质相比，芳纶纤维网络通过氢键网络显著降低水合锌离子的去溶剂化能垒，有效缓解锌负极腐蚀，保障离子迁移稳定，防止枝晶形成。TFB-TAPT COF层作为离子筛，静电势映射显示氮位点处负电荷积累，通过静电排斥排斥多碘离子，同时允许锌离子通过纳米通道快速传输，使用该skin-QSSE的锌-碘电池实现45000次循环的超长寿命，每循环衰减率仅0.0018%，软包电池测试进一步表明，skin-QSSE在弯曲、剪切等机械应力下仍保持优异的可逆性与电压稳定性。

水系锌离子电池（Aqueous Zinc-Ion Batteries，AZIBs）因低成本、无毒备受关注，但存在电解液泄漏、锌枝晶生长与析氢反应等问题。虽“盐包水”与共熔体系可解决部分问题，但仍面临水分解与蒸发的问题，聚合物水凝胶可减少副反应，但研究多局限于聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等常见聚合物，亟需具有特定分子结构的水凝胶材料提升电化学性能。基于原位生长原理，研究人员采用多相调控策略在水凝胶表面构建致密COF膜，该界面作为离子筛，展示了可控成核如何调控水系电池体系的离子迁移动力学。合成过程中，水溶性单体水解并迁移至气-液界面与胺连接体反应，形成稳健COF膜，该膜调控水活度并防止正极材料溶解，同时在液相中形成有序COF水凝胶以提供结构连贯性。研究人员通过侧基工程在COF通道内构建Zn²⁺传输路径以实现快速离子迁移，所得Janus COF-OH水凝胶电解质离子电导率达37.3 mS cm^-1，锌离子迁移数为0.71，均匀网络促进离子均匀分布，抑制枝晶生长，在全电池测试中，Janus电解质在比容量与稳定性上均优于对称版本，致密表面膜有效抑制副产物，减缓容量衰减。

针对AZIBs实际应用中锌枝晶生长、析氢与电解液泄漏的阻碍，研究人员开发了磺酸盐修饰共价有机框架（COF-BSO₃Zn），采用简便低成本的液相合成法，在1,4-二氨基苯与1,3,5-苯三甲醛反应过程中引入3-氨基苯磺酸，成功将磺酸盐基团引入COF骨架。磺酸盐基团的引入显著提升了COF的水分散性与Zn²⁺吸附能力，当整合到聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）网络中形成PAM/CBZn水凝胶电解质时，COF-BSO₃Zn颗粒均匀分布，形成有序多孔通道以促进Zn²⁺快速传输，该结构实现64.43 mS cm^-1的超高等离子电导率与0.84的优异Zn²⁺迁移数。除提升离子传输外，磺酸盐基团调控溶剂化结构并平衡电场分布，促进锌均匀沉积，抑制寄生副反应，使用PAM/CBZn电解质的对称电池稳定循环超过1800小时，负极形貌平整；锌-MnO₂全电池中，电解质实现280.3 mAh g^-1的高比容量，1200次循环后容量保持率超70%。

功能性有机聚合物（如COFs）结合了聚合物的结构灵活性与高度有序的晶态结构，具有优化电子电导率与氧化还原活性位点的COFs因高效电荷传输与优异动力学表现出增强的电化学性能，其排列良好的纳米孔结构为快速离子迁移提供了优化路径，是超级电容器与锂离子电池的理想候选。研究人员建立了氢键交换诱导微相分离（Hydrogen Bond Exchange-induced Microphase Separation，HBEIMS）策略，制备苝键合COF“A&B”凝胶，通过分别制备胶A与胶B，成功避免了传统一锅法常见的团聚与沉淀问题，氢键交换诱导的相变实现了块体材料的均匀分离，可在室温下5秒内制备高结晶COF凝胶。研究人员还通过修饰单体端基调控电荷传输，精准控制COF孔内氧位点对锂离子的结合强度，该精细设计使凝胶电解质具备优异循环稳定性，长期测试中1600小时以上性能保持稳定。

COF/水凝胶复合材料用于生物传感与健康监测

从生物电子学视角看，导电水凝胶的核心结构挑战在于实现组织级柔顺性与持续高机械韧性、不间断电荷传输路径的长期悖论。柔性电子中机械强度与韧性的固有权衡可通过分子间机械互锁有效规避，这是一种特殊的物理共混形式，该策略利用COFs的晶态孔作为能量耗散节点，在线性聚合物链穿入时保障高灵敏度与循环稳定性。作为分子间机械互锁的典型应用，研究人员将线性PAM链穿入COF孔中，这种特定界面设计是材料在不牺牲导电性的前提下实现高韧性的主要原因。这些水凝胶通过将线性PAM链非共价穿入COFs晶态孔中制备，这种机械互锁结构显著促进了变形过程中的能量耗散，同时提升了离子传输效率，所得水凝胶拉伸强度达0.19±0.03 MPa，韧性达2.11±0.33 MJ m^-3，离子电导率达2.30±0.55 S m^-1，均显著优于传统聚丙烯酰胺对应物。作为应变传感器，材料响应时间达4.8 ms，且具备高循环稳定性，这种稳健导电水凝胶可无创实时监测人体健康与运动，为先进智能可穿戴电子设备的开发提供了可行途径。

许多酶需要辅酶参与化学反应，但这些系统常受限于高成本、难回收与实际条件下稳定性差的局限。虽然固定在金属有机框架等固体基底上可提升稳定性，但宿主与酶之间的刚性相互作用常破坏酶构象，降低生物活性。研究人员通过构建中空COF微胶囊模拟真核细胞区室化解决了这些挑战，采用模板-牺牲策略，首先将L-乳酸脱氢酶（Lactate Dehydrogenase，LDH）与其辅酶（NAD⁺）封装到可消化的沸石嘧啶框架（Zeolite Pyrimidine Framework，ZPF-2）中，随后在该核心外涂覆COF-42壳层，通过刻蚀去除ZPF-2核心，酶被释放到COF-42胶囊的中空腔内。这种独特结构为LDH与NAD⁺提供了空间与构象自由度，显著减少了不利的界面相互作用，同时COF壳层的有序孔保障了底物与产物的高效传质。研究人员进一步将LDH/NAD⁺@COF-42胶囊整合到基于水凝胶的比色传感器中，用于检测农药阿特拉津（Atrazine，ATZ），该系统中酶催化L-乳酸转化为丙酮酸，进而反应生成棕红色产物，由于ATZ抑制LDH活性，通过智能手机监测颜色变化即可实现农药的可视化定量检测，这种中空胶囊策略有效结合了晶态框架的保护优势与复杂酶/辅酶系统的功能需求。

人工智能与生物电子学的进步催生了对将心率、组织形变、身体运动等生理信号转化为可解读数据的设备的迫切需求，导电水凝胶（Conductive Hydrogels，CHs）因类皮肤拉伸性与生物相容性成为理想选择。但传统离子导电水凝胶常受限于无序网络阻碍离子传输、拉伸强度低、与生物组织黏附性差的问题。受肌肉排列结构启发，研究人员开发了各向异性水凝胶（BC/ZCOF/PAA），整合细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC）的手性束缚态与两性离子共价有机框架（Zwitterionic Covalent Organic Frameworks，ZCOFs）以构建高度有序的离子通道。BC提供各向异性框架，显著提升平行轴方向的拉伸性，而ZCOF既作为纳米增强填料，又作为高效离子传输的专用通道。植酸（Phytic Acid，PA）的引入具有双重作用，既作为天然交联剂，又释放大量H⁺离子以提升离子电导率。这种由离子配位与强氢键共同增强的协同结构，使水凝胶实现超过11000%的优异拉伸性与4.97 S m^-1的离子电导率，此外，水凝胶因单侧活化羧基而具备Janus黏附特性，保障了组织界面的信号稳定传输。所得传感器灵敏度高， gauge因子达54.2，信噪比达12.04 dB，优于许多商用电极贴片，弹性恢复率达90.5%，这种各向异性COF-水凝胶为下一代可穿戴技术与人机接口提供了高回弹、稳定的平台。

电化学发光（Electrochemiluminescence，ECL）技术因低成本、高灵敏度、操作简便，成为癌症诊断与核酸检测的有力工具，但实际应用常受限于传统液态电解质的稳定性与便携性。准固态电解质（Quasi-Solid-State Electrolytes，QSSEs）兼具液体的高离子电导率与固体的机械稳健性，成为有前景的替代方案，但现有QSSEs多面临离子迁移率低、光学透明度差、生物降解性相关的环境问题。研究人员开发了新型天然超分子水凝胶（Gel/ZrCl₄/SBMA）作为高性能QSSE，采用原位生长策略合成N-dots@COF纳米复合材料作为ECL探针，COF的精准孔结构提供纳米限域环境，减少N-dots的聚集诱导猝灭并富集共反应物，这种限域作用增加了共反应物与发射体的碰撞频率，显著提升了ECL信号强度。水凝胶电解质设计为半互穿聚合物网络（Semi-Interpenetrating Polymer Network，s-IPN），明胶链形成螺旋结构，通过ZrCl₄的金属配位增强，同时两性离子SBMA调控电荷分布以优化离子传输路径，该结构使水凝胶具备优异透光率、高含水率与出色生物相容性。为进一步提升灵敏度，研究人员采用催化发夹组装（Catalytic Hairpin Assembly，CHA）策略实现无酶信号放大，作为概念验证，将N-dots@COF探针整合到基于水凝胶的ECL传感器中检测外泌体miRNA-381，miRNA的特异性识别触发发夹结构组装与探针连接，产生灵敏发光信号，这种无溶剂传感系统在检测临床腹水样本miRNA时表现出高可靠性，为先进临床诊断提供了可持续、便携的平台。

COF/水凝胶复合材料用于生物医学应用与组织工程

软物质材料在组织工程中的应用面临复杂病理障碍，需同步解码多靶点生理信号（如缺氧、高血糖、严重氧化应激），同时建立非抗生素生物界面。应对慢性伤口的复杂生化微环境，需要刺激响应框架，利用COFs的可调化学结构实现生物活性剂的控释。通过将光热与酶COFs整合到可注射水凝胶网络中，研究人员可实现同步治疗与组织修复。研究人员开发了智能多功能水凝胶喷雾（MnO₂@COF-GOx/Gel）以打破这一循环，该系统采用核壳结构，二氧化锰（MnO₂）被COF包覆，COF的硼酸酯键用于共价结合葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase，GOx），随后将该复合物整合到甲基丙烯酸海藻酸钠溶液中，可通过蓝光快速固化成凝胶。与传统交联不同，这种光固化方法确保了更优的便携性、内部均匀性与对不规则伤口表面的有效黏附，促进即时止血。该设计对糖尿病微环境具有智能响应，硼酸酯COF涂层在高活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）与葡萄糖水平下特异性降解，触发GOx释放以降低局部葡萄糖浓度，同时MnO₂催化产氧，有效缓解缺氧并抑制炎症，此外，系统利用COF的光热特性实现强效抗菌作用。体外细胞实验与糖尿病小鼠、兔动物研究证实，MnO₂@COF-GOx/Gel显著促进伤口愈合与组织再生，通过整合葡萄糖调控、ROS清除、供氧与抗菌能力，这种可喷雾水凝胶为慢性糖尿病伤口的复杂管理提供了高效智能的解决方案。

慢性糖尿病伤口是具有持续细菌感染、耐药生物膜与缺氧（低氧）微环境的复杂临床挑战，传统抗生素治疗常因耐药菌株出现与生物膜物理屏障而失败。为解决这些相互关联的问题，研究人员设计了配备管状COF基纳米复合物的多功能水凝胶（O@CF@G）。该体系核心是管状纳米复合物（O@CF），由氧化碳纳米管（Oxidized Carbon Nanotubes，OCNTs）涂覆均匀COF层形成，随后将Fe³⁺离子配位到多孔COF骨架中。这种精巧结构从多方面增强了材料的光活性：碳纳米管作为内部电荷转移通道，缩小能带隙并增强光吸收，而Fe³⁺离子作为电子受体防止电荷复合，这种协同作用实现了活性氧（如超氧阴离子、羟基自由基）的高效生成，用于强效光动力治疗。除光触发作用外，Fe³⁺位点表现出pH响应的过氧化物酶样与过氧化氢酶样活性，在感染伤口的酸性环境中，这些位点催化H₂O₂转化为高活性自由基，同时补充氧气以缓解缺氧。此外，OCNT核心提供光热效应，随着COF壳层在酸性条件下逐渐降解，该效应进一步增强，实现热化学协同灭菌。通过将该纳米复合物整合到希夫碱水凝胶（由氧化葡聚糖与咖啡酸接枝壳聚糖组成）中，研究人员创建了可注射导电敷料，应用于糖尿病伤口时，O@CF@G水凝胶黏附于表面止血、消除生物膜并促进细胞间电信号传导，这种综合方法促进了感染糖尿病伤口的快速愈合，为开发用于生物医学应用的先进COF基光活性材料奠定了稳健框架。

骨折发病率随交通快速发展与全球人口老龄化上升，约5-10%的患者遭受延迟愈合或不愈合，严重影响生活质量并造成巨大经济负担。骨折愈合是需精准细胞与分子协调的高度复杂过程，近期研究表明，骨折部位细胞必须经历代谢适应以在有限营养供应下存活并驱动组织再生，因此调控代谢微环境成为加速骨修复的新兴途径。研究人员设计了生物活性纳米复合水凝胶（4-OI@Cu@Gel）作为时序代谢调节剂，该水凝胶封装衣康酸衍生物4-辛基衣康酸（4-Octyl Itaconate，4-OI）与铜基共价有机框架（Copper-based Covalent Organic Framework，Cu COF），这种双递送系统专为分阶段治疗响应设计：早期爆发释放4-OI以缓解炎症反应与氧化应激，随后持续释放Cu²⁺离子以增强骨再生与血管形成。体外研究显示，4-OI促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化，保护细胞免受氧化损伤；同时，释放的Cu²⁺离子刺激骨髓间充质基质细胞的糖酵解与成骨分化，并触发内皮细胞血管生成。股骨骨折小鼠模型的体内评估证实，4-OI@Cu@Gel水凝胶通过减少炎症、增强血管化与促进矿化骨形成，显著加速骨折愈合，这表明通过COF-水凝胶复合材料调控骨折微环境代谢，为治疗复杂骨缺损与临床不愈合提供了强有力的新策略。

细菌感染仍是公共卫生的重大威胁，导致肺炎、脑膜炎、慢性伤口感染等严重病症。抗生素是临床标准，但过度使用导致多重耐药菌出现，严重限制了治疗选择。银纳米颗粒、石墨烯等替代材料常面临潜在细胞毒性与稳定性差的障碍，因此迫切需要具有广谱抗菌活性、无耐药性风险、生物相容性好的非抗生素材料。受贻贝启发，研究人员开发了邻二羟基苯基共价有机框架，这种COF模拟海洋贻贝中3,4-二羟基苯丙氨酸（3,4-Dihydroxyphenylalanine，DOPA）的抗菌特性，与传统材料不同，TAPT-2,3DHA-COF具有固有自诱导氧化活性，无需外部触发即可自主生成抗病原浓度的H₂O₂，有效破坏细菌膜，导致蛋白质与核酸泄漏，同时诱导病原体致死性氧化应激。为增强临床实用性，将COF整合到混合丙烯酰胺水凝胶（Gel@COF）中，该复合材料结合了COF的强效杀菌特性与水凝胶所需的机械强度与黏附性，用于伤口敷料。在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus，MRSA）感染的糖尿病小鼠皮肤缺损模型中，Gel@COF表现出卓越疗效，不仅对多种耐药菌株杀菌率超90%，还缓解了炎性微环境并促进血管生成，最终水凝胶促进伤口实现约99%的愈合率，为治疗