光辅助3D生物打印水凝胶因其精确的时空可控性和可调理化性质，已成为组织工程和生物医学制造领域的前沿技术。然而，目标器官组织的力学需求对3D生物打印的生物功能组织提出了挑战，这类材料必须平衡生物相容性、可打印性和机械强度，以复制天然再生微环境并实现功能恢复。本综
光辅助3D生物打印水凝胶因其精确的时空可控性和可调理化性质，已成为组织工程和生物医学制造领域的前沿技术。然而，目标器官组织的力学需求对3D生物打印的生物功能组织提出了挑战，这类材料必须平衡生物相容性、可打印性和机械强度，以复制天然再生微环境并实现功能恢复。本综述探讨了具有键合化学特性的光敏聚合物在增强水凝胶基组织构建体方面的应用，系统阐述了其通过光辅助3D生物打印技术促进组织重建的潜力。研究人员对比了天然与合成水凝胶的交联化学、键能及由此产生的力学特性。此外，本文总结并比较了多种面向坚韧水凝胶及工程化生命系统的光辅助3D生物打印方法及其实际应用。重要的是，研究人员强调了通过利用共价键、动态共价键、可逆非共价相互作用以及杂化键网络来增强水凝胶机械韧性的同时，平衡其可打印性、韧性与生物相容性的关键挑战。进一步，本文讨论了光打印坚韧水凝胶支架在再生医学以及软骨、骨、肌腱、颅骨、肌肉骨骼和牙科应用中的新兴应用。最后，研究人员展望了增韧3D生物打印水凝胶的方法所面临的未来前景与挑战，旨在为未来的生物医学工程研究提供指导。
有效的组织再生与重建需要支架具备能够支持和引导细胞增殖、谱系定向及特定功能的力学性能。细胞通过整合素、细胞骨架和细胞核连接，将基质力学信号（如弹性、粘弹性应力松弛和各向异性）转化为转录程序。基础研究表明，基质弹性单独调控间充质干细胞的谱系分化，而Yes相关蛋白（YAP）和含PDZ结合基序的转录共激活因子（TAZ）（YAP/TAZ）则作为核机械转导器，整合基质刚度、细胞形态和肌动球蛋白张力以调节基因表达。相反，植入物与目标组织之间的力学失配会导致增殖不足、异常分化或纤维化重塑，从而阻碍组织修复。这些原理为再生基质设计提供了首要指导原则：确保支架与目标组织在相关应变率下的力学适配性；引入可编程的粘弹性和各向异性；以及构建随时间演变的力学性能，使其在降解过程中维持适当的承载功能并与细胞外基质（ECM）重塑相融合。新兴的动态材料，如发生快速局部网络重构的应力松弛水凝胶和滑动水凝胶，增强了组织的成熟和功能整合，这强调了在任何再生方法中，机械设计应与生化信号受到同等重视。三维（3D）生物打印的出现彻底改变了再生医学、组织工程和个性化治疗的格局。该技术能够以高精度空间沉积生物材料和活细胞，构建复杂的生物结构，从而在结构上、细胞分布及微环境信号方面更精准地模拟天然组织。光辅助3D生物打印涵盖了一系列先进的制造技术，利用光选择性固化光敏生物墨水，从广泛的生物材料中创建复杂的三维结构，具有高分辨率和高固化速率的优势。在各种可打印生物材料中，水凝胶因其高含水量、可调理化性质和优异的生物相容性以及与天然细胞外基质的高度相似性而备受关注。然而，在3D生物打印中同时实现生物相容性、可打印性和机械稳健性这一“三重目标”仍然是一个持续的挑战，这三者往往相互制约。确保细胞活力是成功进行生物打印的基本前提，水凝胶因能在打印期间和之后维持细胞友好环境而成为最主要的生物墨水类别。但传统水凝胶虽然应用广泛，却常因机械强度不足和结构稳定性差而受限，尤其是在承重条件或长期植入环境下（如肌腱、软骨和骨再生）。天然来源的多糖和蛋白水凝胶（如明胶、海藻酸盐、壳聚糖和透明质酸）因其优异的生物活性、类ECM结构和固有的细胞相互作用功能而被广泛使用，但其力学性能仍严重受限。例如，明胶、海藻酸盐和透明质酸的压缩模量通常小于10 kPa，而壳聚糖的模量很少超过20 kPa。许多合成聚合物基水凝胶（包括聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酰胺（PAAm）和聚乙烯醇（PVA））虽具有良好的化学可调性和光聚合兼容性，但这些材料的杨氏模量仅在几kPa到几百kPa量级，断裂能普遍低于100 J/m
，难以匹配骨、软骨和肌腱等天然承重组织的力学需求。近年来，双网络结构、可逆动态交联、耗能互穿网络和纳米复合增强等先进设计被引入以弥补这一差距，这些工程化水凝胶表现出优异的抗拉强度、抗裂性和弹性恢复能力，同时保持了良好的细胞相容性和可打印性，使其在骨、软骨和肌腱再生等组织工程应用中极具吸引力。现有关于坚韧水凝胶生物打印的综述多侧重于整体战略发展、生物墨水的理性设计、光聚合机制及临床应用探索，但普遍缺乏对“机械强度、可打印性和生物相容性”三者之间相互制约关系的化学起源的深入剖析。本综述提出了一个基于化学的范式，阐明了特定的键合基元和网络组合如何影响水凝胶的机械完整性、可打印性和细胞相容性之间的关系，构建了基于“键型-性能”的分析框架。
基于光的3D打印技术（常被称为槽式光聚合（VPP）方法）利用光选择性聚合液态树脂，能够以高精度制造复杂3D结构。这些技术在生物打印中具有独特优势，因其精细的空间控制和快速交联特性对于维持打印过程中的细胞活力和结构完整性至关重要。立体光刻（SLA）是最早的VPP技术之一，使用紫外激光逐层固化光聚合树脂，虽然分辨率高，但点扫描过程在大尺寸构建体制备中耗时较长。数字光处理（DLP）作为一种更快的替代方案，利用数字微镜器件同时投影整个层的二维图像，显著提高了打印速度，结合合适的光学和料槽控制可实现亚毫米级甚至多材料图案化。这种并行处理能力使DLP在高通量生物打印中极具吸引力，能够快速制造具有亚毫米精度的复杂几何形状。连续液体界面生产（CLIP）通过维持连续的液体界面、防止氧阻聚并使打印物体持续从树脂浴中拉出，进一步提升了打印速度，消除了逐层分离的需要。然而，CLIP依赖于透氧膜和结构的连续提取，这对非常柔软的水凝胶构成了挑战，可能导致其在脱离液体悬浮液时出现结构失稳。除成熟的SLA、DLP、CLIP和LAE系统外，计算轴向光刻（CAL，亦称断层体积打印）通过向旋转的感光树脂或生物墨水中投射预计算的2D光场，在目标几何形状的累积光剂量超过聚合阈值时形成实体，实现了无层制造，大幅缩短了打印时间并减少了层间缺陷，特别适用于软水凝胶架构。多波长正交光打印通过匹配不同波长与特定光引发剂或光响应基团，可在单一打印系统中实现选择性聚合、脱保护及局部性能调制，适用于单槽多材料打印和刚度梯度构建。原位生物打印作为一种临床相关技术，在喷嘴内、喷嘴出口或缺损部位直接触发交联，减少了对高粘度墨水的依赖，适用于微创修复和不规则缺损适配。此外，声学和悬浮辅助生物制造虽非严格意义上的光辅助打印，但通过非接触式操控液滴和细胞，可辅助光触发的水凝胶固定，改善脆弱细胞的处理过程。光辅助挤出（LAE）结合了微尺度材料挤出与喷嘴附近的光照，使新鲜沉积的长丝在空气-墨水界面几乎瞬间凝胶化，支持自由空间工具路径和悬垂结构，适用于原位和机器人生物打印流程。尽管这些技术优势明显，但仍面临可见光范围有限、现有细胞相容性引发剂效率不足、需控制氧阻聚动力学和光散射以及为防止光毒性需严格控制辐照剂量等实际限制。
生物墨水配方的设计决定了最终构建体的可打印性、力学性能和生物学特性。水凝胶因高含水量和类ECM特性成为最常用的生物墨水，主要分为天然衍生和合成水凝胶两大类，二者在网络结构和交联化学根源上存在系统性差异，导致力学性能迥异。天然凝胶倾向于形成异质、不稳定的网络，而合成体系则能构建缺陷更少、可编程性更强的网络，从而获得可预测的力学行为。天然聚合物（如明胶、明胶甲基丙烯酰（GelMA）、透明质酸（HA/HAMA）、海藻酸盐和壳聚糖）通常通过物理或离子相互作用在网络层面形成凝胶，产生具有大量网络缺陷的非均匀网状结构。相比之下，合成体系可由明确的大分子单体和逐步增长光化学（如硫醇-烯、硫醇-降冰片烯）构建，接近最佳的网络连通性，具有比天然聚合物更少的缺陷、更高的模量和更好的重现性。在交联能量学方面，合成凝胶可引入动态共价基元（如硼酸酯和希夫碱）以实现应变硬化和自愈合，而不损害基线强度，而天然凝胶则常依赖可逆氢键、疏水缔合或钙离子“蛋盒”配位作用，在载荷下易发生松弛。此外，自由基光聚合过程中的氧阻聚可能会削弱层间结合或导致表面固化不完全，进一步扩大了两类凝胶的差异。天然材料提供了细胞识别基序，可激活受体介导的迁移、增殖和基质合成，但在3D生物打印中，这些生物聚合物的化学改性产物（如GelMA、HAMA、甲基丙烯酰化海藻酸盐和壳聚糖衍生物）更为常用，因为它们将生物活性与可控交联和流变学特性相结合。为了赋予天然衍生水凝胶光交联性能，通常通过化学功能化在聚合物骨架上引入光反应基团，典型方法包括对氨基、南宫28下载羟基和羧基进行甲基丙烯酰化、丙烯酰化、烯丙基化、降冰片烯修饰和硫醇-烯点击化学修饰。例如，明胶基体系的甲基丙烯酰化或甲基丙烯酰胺修饰形成了GelMA水凝胶，其凝胶行为、刚度、降解和细胞反应可通过官能度调控。海藻酸盐可功能化为甲基丙烯酸酯、缩水甘油基甲基丙烯酸酯、RGD肽或降冰片烯基团，以改善光触发共价网络形成、形状保真度、可控降解和细胞相互作用。透明质酸和壳聚糖同样可通过甲基丙烯酰化获得光交联能力。丝素蛋白虽力学吸引力强，但天然形式凝胶化动力学缓慢且加工性差，通过接枝光反应基团可改善其凝胶速度、可打印性和结构稳定性。光交联的脱细胞基质（dECM）基水凝胶是另一类重要的天然衍生生物墨水，dECM保留了组织特异性结构蛋白、糖胺聚糖和细胞相互作用基序，但未经改性的dECM水凝胶通常机械稳定性弱、凝胶慢且形状保真度差，通过甲基丙烯酰化或可见光介导的过程进行交联，可在保留组织特异性ECM组分的同时提高凝胶速度、结构稳定性和打印保真度。然而，许多天然衍生水凝胶的一个显著缺点是固有的力学性能较差，通常质地柔软且易降解，限制了其在承重组织中的应用。其力学性能还可能因来源和纯化方法的不同而有很大差异，导致打印构建体的一致性不佳。此外，部分天然水凝胶的快速降解率可能损害工程化组织的长期结构完整性。为克服这些限制，通常需要采用增强技术来改善水凝胶的生物力学性能，包括化学改性或引入增强剂。合成聚合物具有优异的力学性能、高度可调性和易获取性，如聚乙二醇（PEG）、聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL），允许精确控制化学组成、力学性能和降解速率。与天然水凝胶不同，合成水凝胶可被设计为具有特定官能团，以实现可调光交联，从而获得可预测和可重复的材料性能。例如，PEG基水凝胶可设计为具有动态共价硼酸酯交联的理想网络水凝胶，表现出仿生应变硬化和自愈合特性。尽管合成水凝胶具有高度可调性和重现性，但它们通常缺乏天然材料固有的生物活性，可能不含必要的细胞粘附配体或生长因子来支持强大的细胞功能，从而导致体内细胞活力降低和组织整合欠佳。此外，合成水凝胶制备中使用的一些合成单体和光引发剂可能表现出细胞毒性，因此必须仔细确定其浓度和光照参数以确保生物相容性。在基于光聚合的生物打印中，潜在的细胞毒性可能源于单体、光引发剂的化学性质以及光触发自由基生成过程，潜在有毒物种包括残留光引发剂、未反应单体或大单体、光引发剂衍生的自由基、活性氧（ROS）、碎片化副产物和长期降解产物，这些物质可能在光交联期间和之后损害细胞蛋白质、脂质和DNA，诱导氧化应激，并损害细胞活力或特定功能。因此，应在多个暴露阶段考虑细胞相容性，包括聚合前与单体和光引发剂的接触、光照期间的自由基生成、早期残留组分的浸出以及长期暴露于降解产物。光引发剂的毒性强烈依赖于引发剂类型、浓度、波长、辐照剂量、暴露时间和细胞类型。常用的光引发剂如Irgacure 2959和LAP在优化的浓度和暴露窗口内可支持高细胞活力，而过量的引发剂浓度或光剂量可能会增加ROS生成，降低细胞存活率并改变细胞形态。TPO基体系需要特别谨慎，因为游离TPO在辐照下可能表现出强烈的剂量依赖性细胞毒性。因此，优化光引发剂浓度、光强度、暴露持续时间以及后固化去除残留物质，对于平衡聚合物转化率、机械完整性和细胞相容性至关重要。缺乏固有生物活性通常需要将生物活性分子、肽配体、可降解连接子或表面功能化引入凝胶以促进所需的细胞反应。此外，应用高效的可见光光化学、减少不必要的自由基负担、提高单体转化率、去除残留光引发剂以及在适当情况下加入抗氧化或自由基清除成分，可进一步降低光聚合相关的毒性，但这些方法应仔细优化，因为过度的自由基清除可能会减慢凝胶化速度并损害力学性能。
为了兼得二者之长，结合天然和合成聚合物的杂化生物墨水正日益发展。这些配方旨在平衡生物相容性、生物活性和机械稳健性。例如，透明质酸-海藻酸盐水凝胶墨水结合“液体中打印”技术与纳米颗粒原位沉淀，其中海藻酸盐的离子交联提供初始结构稳定性，而光固化透明质酸改善了水凝胶的力学和生理稳定性。这种结合不同类型键的两步交联法被用于制造纳米复合水凝胶，与纯透明质酸水凝胶相比，其机械强度、生物稳定性和生物性能均显著提升。除了聚合物共混物，掺入各种添加剂（如纳米颗粒、微粒或纤维）的复合水凝胶在增强机械强度和引入附加功能方面正获得关注。纳米颗粒增强水凝胶通过改善颗粒-水凝胶相互作用表现出显著的机械增强，特别是在颗粒于打印过程中原位掺入而非预先负载时，这有助于减少对可打印性的影响。多材料生物打印能够通过精确沉积不同的生物墨水来制造异质性多细胞构建体，进一步拓展了复制天然组织复杂组成和多样性的可能性。这些杂化和复合生物墨水代表了朝着开发能够同时满足光辅助3D生物打印中可打印性、机械韧性和生物功能性严格要求的重要一步。
工程化承重用水凝胶韧性从根本上讲是一个键级设计问题。坚韧3D打印方法可按交联类别进行组织：不可逆共价网络通过自由基光聚合、硫醇-烯点击反应和氧化还原光交联形成，提供高刚度和图案保真度，但网络重排能力有限，键能通常在220–570 kJ/mol范围，可能导致细胞适应性受限；动态共价基元（如亚胺、腙、肟、硼酸酯、二硫化物和Diels–Alder加合物）在pH、氧化还原、热或配体线索下发生交换，实现应力松弛、自愈合、形状记忆和可编程降解，同时保持中等稳定性（约80–300 kJ/mol）；动态非共价相互作用（包括氢键、静电作用、疏水缔合、主客体识别、π-π堆积和金属配位）响应pH、氧化还原、温度或葡萄糖，提供可逆剪切稀化、快速自恢复和适合挤出的细胞友好粘度（通常200 kJ/mol），可通过多价性或配位作用进行调控。选择这些机制需要在机械完整性、可打印性（剪切稀化与特征保真度）和细胞相容性之间进行权衡。静态共价网络最大化强度和分辨率，动态共价化学在不牺牲稳健性的前提下增加了适应性，物理键提供流变控制和恢复能力。在实践中，键合化学应与生物制造模式和目标组织功能相匹配，而非“一刀切”的解决方案。本综述中，水凝胶的力学性能主要通过杨氏模量（E）、压缩模量（E
）进行评估，为便于跨研究直接比较，所有数值均以千帕（kPa）为单位表示。
传统水凝胶通常通过不可逆共价交联形成，产生稳定、永久的聚合物网络。这些共价键提供高刚度和强度，适用于需要强大结构完整性的应用。利用光辅助挤出生物打印，研究人员通过将生物活性分子整合到多网络架构中，设计了多功能水凝胶。例如，负载姜黄素的GelMA水凝胶用于糖尿病伤口愈合，显著降低了脂肪源性干细胞（ADSCs）中ROS诱导的细胞凋亡，同时实现了100–150 kPa的杨氏模量。基于丙烯酸和聚吡咯的皮肤启发式水凝胶压缩模量达800 kPa，抗拉强度超过125 kPa，并具有自愈合、可拉伸和导电特性，适用于电子皮肤应用。由明胶微凝胶和GelMA前体组成的微凝胶双相（MB）水凝胶通过可逆墨水模板中的顺序打印（SPIRIT）方法生成血管化器官构建体，弹性模量为8.55 ± 2.21 kPa，破坏应力为236.96 ± 2.67 kPa。用于骨软骨界面再生的酪胺改性海藻酸盐在可见光下与明胶交联，压缩模量为8.41 kPa（溶胀前）和1.46 kPa（溶胀后）。基于马来酸的LP封端凝胶显示出优异的挤出保真度和机械稳健性，抗压强度达到约1500 kPa，适用于承重构建体的生物打印。基于榅桲籽粘液的生物墨水采用FRESH方法制造，表现出可调的抗压强度（0.6–1.2 kPa），为植物源生物材料在软组织工程中的应用提供了一种经济高效的解决方案。通过槽式光聚合进行的生物打印实现了对材料结构和力学的精确控制。取代度为87.3%的甲基丙烯酰化丝素蛋白支持成骨细胞生长，压缩模量范围为12 kPa至96 kPa，证明了其适用于骨应用的刚度可调性。壳聚糖生物墨水（CHI-MA）水凝胶表现出910 kPa的压缩模量和约150 kPa的强度，分辨率极高（约150 μm），且在405 nm光下具有极高的光学灵敏度，具有软组织支架潜力。在培养肉应用中，GelMA与IMA交联支持牛成纤维细胞在牛排状构建体中分化为成肌和成脂谱系，压缩模量为50.4 kPa。强度可调的GelMA系统在基于投影的生物打印中实现了1 kPa至1 MPa的拉伸模量，最高达1358.6 kPa的抗拉强度和0.23至1081.9 kPa的压缩模量。基于丝素蛋白的水凝胶密封剂（Sil-MAS）抗拉强度约为450 kPa，固化速度快且与NIH/3T3细胞相容，显示了其作为临床密封剂的潜力。这些共价键提供了高刚度和强度，因此适用于需要强大结构完整性的应用。共价键的键能在220至570 kJ/mol范围，显著高于其他类型的键，表明需要更多能量才能破坏共价键。共价交联密度直接影响水凝胶的力学性能，较高的交联密度通常导致刚度和抗拉强度增加。然而，这也带来了代价：纯共价网络通常弹性有限且易发生脆性断裂，因为它们缺乏在应力下耗散能量的机制。一旦共价键断裂，它不易重新形成，导致不可逆损伤，进而造成机械完整性的快速丧失。这一特性使得传统共价交联水凝胶不太适合经历反复机械变形或需要重塑能力的组织。
在聚合物网络中，动态共价键充当牺牲键，增强能量耗散和应力松弛，为高级仿生材料设计提供了基础。动态共价化学是一种革命性的水凝胶设计方法，结合了共价键的稳定性和动态相互作用的适应性。与静态共价键不同，动态共价键可以在外部刺激（如光、温度、pH、机械应力）响应下可逆地断裂和重组。这使得聚合物网络能够重新排列，赋予材料前所未有的特性，如自愈合、应力松弛、可再加工性和适应性。这种动态特性在生物打印应用中非常理想，因为它允许水凝胶模拟天然组织的粘弹性行为，适应细胞重塑，并承受机械疲劳。几种特定的动态共价化学方法已成功集成到用于3D生物打印的光聚合水凝胶中：硼酸酯提供可调的键交换，实现自适应、无催化剂的3D打印树脂，具有室温键交换、界面焊接和后打印功能化；亚胺键形成的UV交联亚胺类玻璃体基于香草醛和二聚脂肪酸二胺，固化快、刚性强且热稳定，可在几分钟内再加工；可逆的硫-迈克尔交联（区别于不可逆的硫醇-马来酰亚胺）实现pH和温度可调的动力学，直接控制应变硬化；UV诱导的二硫键形成和还原提供了硫醇和二硫键状态之间的时空可控可逆切换，支持动态光图案化和按需界面性能调节；含有受阻脲键的光打印网络允许通过均裂交换进行按需形状重构，而无需改变水凝胶的拓扑结构，并可转化为聚氨酯以调节水凝胶力学；通过硫醇-炔酮双迈克尔加成形成的动态共价葡聚糖水凝胶可注射、自愈合且具有生物相容性，该过程中形成的可逆共价交联直接影响机械强度和应变硬化行为。在挤出生物打印中，动态共价、离子和酶促方法可用于定制水凝胶流变学和打印后力学。例如，一种可注射的颗粒状透明质酸系统结合了降冰片烯和酰肼修饰链与醛基-透明质酸，形成可逆的腙交联，实现了剪切稀化、自愈合和粘性阻塞，打印构建体的压缩模量约为9 kPa，破坏应力约为7 kPa，促进了心肌组织中高水平的注射后细胞侵袭。通过槽式光聚合（包括DLP和体积法）可以精确控制交联密度和网络拓扑结构，动态化学支持打印后重编程。基于聚丙烯二醇丙烯酸酯的受阻脲键网络专为DLP设计，杨氏模量约为1.16×10
kPa，键异构化后略有下降，可逆网络允许按需机械重构，适用于软机器人和形状记忆系统等自适应设备。用于体积DLP的降冰片烯功能化聚乙烯醇与聚乙二醇二丙烯酸酯共混的合成光树脂实现了快速固化、可重构力学，压缩模量为25.1±1.7 kPa，可高分辨率打印可穿戴软构建体和响应传感器。引入光基3D打印树脂的动态共价键在克服传统热固性塑料（由永久性共价键交联）的局限性和限制再加工能力方面显示出前景，这些可逆交联产生具有化学和物理可回收性、自愈合能力和可降解性的交联打印聚合物。目前对动态共价键力学性能的研究主要集中在流变学评估上，而对其压缩和拉伸行为的系统量化仍有待探索。
除了动态共价键，非共价相互作用对于赋予水凝胶粘弹性、剪切稀化和自愈合特性至关重要。这些相互作用包括氢键、主客体相互作用、离子键和疏水缔合，本质上是可逆的，并且通常具有比共价键更低的键能。这种可逆性使得键能够快速断裂和重组，产生许多天然生物组织特有的时间依赖性力学响应。非共价相互作用提供可逆交联的能力在生物制造中尤为有利。通过物理交联形成的水凝胶通常表现出剪切稀化行为，即在剪切应力下粘度降低，使其能够轻松流过打印喷嘴或在打印过程中成型。一旦剪切应力消除，键迅速重组，导致凝胶化和形状保持。这一特性对于挤出式生物打印和处理槽式光聚合中的软材料非常理想。此外，这些键的动态特性支持自愈合，受损的水凝胶网络能够自发修复，恢复构建体的机械完整性。这对于提高工程化组织的稳健性和寿命至关重要。由于这些可逆的自愈相互作用构成了相关生物墨水的流变学和生物学基础，研究人员根据打印模式（挤出与槽式光聚合）和光化学机制对代表性系统进行了分类，明确将键的类型与水凝胶可实现的力学和功能联系起来。在一项关于通过辣根过氧化物酶介导的酪胺功能化丝素蛋白和明胶交联制备的挤出打印丝-明胶支架的研究中，实现了384 kPa的压缩模量和约8000 kPa的抗拉强度，并且构建体能够维持人脂肪源性干细胞（ADSC）的活力和软骨分化。通过海藻酸钠与氯化钙和离子otropic明胶的共轴挤出生产的营养可灌注微通道水凝胶支持了L929成纤维细胞的增殖，抗拉强度为116 kPa。在温和条件下通过三聚磷酸盐离子交联并打印的壳聚糖-明胶生物墨水产生了单轴支架，压缩模量为0.79 kPa，具有良好的细胞相容性。一种由纤维素纳米晶体增强并结合疏水物理缔合的壳聚糖基复合材料表现出0.585 kPa的屈服应力、0.128 kPa的杨氏模量和13 kPa的储能模量，并支持小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）的成骨分化。Viscoll胶原（化学未改性）显示出优异的挤出保真度和结构稳定性，储能模量为4.72 kPa，同时维持了NIH 3T3细胞的活力。由猪肝脏微粒与明胶共混的脱细胞ECM生物墨水形成了物理交联水凝胶，压缩模量约为6 kPa，保留了可打印性和HUVEC相容性。槽式光聚合（包括DLP和体积法）已被用于将丙烯酰化β-环糊精（主体）和乙二醇二丙烯酸酯（客体）聚合成轮烷水凝胶，形成一种超分子网络，储能模量超过35 kPa，抗压强度低于40 kPa，为可穿戴设备提供了快速变形和生物传感能力。尽管动态非共价键具有优异的响应性和适应性，但其机械强度通常低于共价或动态共价键。因此，为了实现承重应用所需的韧性，它们通常必须与更强的交联机制相结合。键断裂和重组的动力学以及这些动态相互作用的总体密度决定了水凝胶可实现的粘弹性特性和韧性程度。
为了解决生物制造中水凝胶的机械局限性（特别是脆性和低模量），涉及共价、