面对每年超4亿吨塑料废物引发的资源与生态危机，材料科学正迫切转向可再生替代品。生物基凝胶（由纤维素、壳聚糖等天然大分子构成的三维网络）因生物相容性、可降解性及类细胞外基质微环境，成为替代石油基聚合物的理想材料。然而，天然生物聚合物面临着机械性能弱、功能惰性以及环境稳定性差等固有瓶颈，严重限制了其向高端应用领域的转化。

为了突破这些材料极限，沈阳化工大学李东翰教授和赵大伟教授团队，以多尺度拓扑重构为主线，系统构建了从“生物质原料”到“功能化设计”再到“高附加值应用”的完整科研全链条框架。从多糖与蛋白质的分子特性分析、物理与化学交联的人工网络构建、以及介质工程三个层面出发，全面梳理了双网络拓扑缠结、动态非共价相互作用和纳米复合增强的微观机制，并深入评估了功能化生物基凝胶在生物医学、柔性电子、环境修复、智能包装和绿色能源存储等领域的变革性应用。2026年7月3日，该工作以“From Biomass to Functional Gels: Multiscale Topology Reconstruction and High-Performance Applications”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

图. 生物基凝胶“原料-工程-应用-演进”全景框架图

该综述全面系统地梳理了生物基凝胶领域的最新研究进展，搭建了从原料开发、功能化设计到高值化应用的完整研究体系，深刻揭示了多尺度拓扑重构对生物基材料性能提升的核心作用机制，充分验证了生物基材料替代高耗能石油基塑料的技术可行性，确立了其在构建柔性医疗、人机交互与绿色能源系统中的核心枢纽地位。未来，随着合成生物学、人工智能与先进制造技术的持续融合，生物基凝胶必将完成从 “大自然的馈赠” 向 “智慧造物” 的历史性跨越，为全球碳中和目标下的可持续材料产业发展提供核心支撑。