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  “生長(zhǎng)”是自然界中生物體的基本特征。在自然界中，生長(zhǎng)的方式多種多樣。如一個(gè)種子可以吸收營(yíng)養(yǎng)液逐漸長(zhǎng)大為樹(shù)苗，最終長(zhǎng)成參天大樹(shù)。自然界中絕大部分是這種持續(xù)性的“正向生長(zhǎng)”。然而，自然界中不僅存在這種持續(xù)變大的生長(zhǎng)，同時(shí)也存在著返老還童，即“逆向生長(zhǎng)”。如三渦蟲(chóng)在環(huán)境不適宜生存時(shí)，其軀體會(huì)逆生長(zhǎng)到出生時(shí)的大小，以待環(huán)境適宜時(shí)繼續(xù)生長(zhǎng)，甚至被切成碎片的渦蟲(chóng)仍然能長(zhǎng)成一個(gè)完整的渦蟲(chóng)。又如可以永生的燈塔水母，其生長(zhǎng)到一定年齡階段或者受到不利生長(zhǎng)因素的影響時(shí)，它們就會(huì)“逆向生長(zhǎng)”，身體由大變小，進(jìn)而重新生長(zhǎng)為成熟體，最終實(shí)現(xiàn)永生。此外，蠑螈、螃蟹、壁虎等動(dòng)物可以實(shí)現(xiàn)“斷肢再生”。

  自然界中這些迷人的生長(zhǎng)特性備受人們關(guān)注。這種生長(zhǎng)不僅能夠原位發(fā)生，而且可以隨著生長(zhǎng)，不斷地改變形狀和性能等適應(yīng)環(huán)境的挑戰(zhàn)。這個(gè)過(guò)程涉及的多個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，可以簡(jiǎn)單歸結(jié)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，輸送和整合這三個(gè)過(guò)程。相比而言，一次加工成型的人工合成材料具有固定的結(jié)構(gòu)、尺寸和性能，難以實(shí)現(xiàn)原位后調(diào)控。這種材料性能的原位后調(diào)節(jié)是非常必要的，尤其是在一些高附加值的特殊場(chǎng)所。如自生長(zhǎng)植入體（可以隨著個(gè)體的增長(zhǎng)而注射生長(zhǎng)，不需要復(fù)雜手術(shù)逐年更換）、特殊的表面微結(jié)構(gòu)、貴重材料的二次加工、4D打印等。受此啟發(fā)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)課題組致力于開(kāi)發(fā)具有類生物體生長(zhǎng)特征的自生長(zhǎng)有機(jī)材料，可以對(duì)尺寸和性能實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)控。此外，其還能解決傳統(tǒng)合成材料在原位后修飾上的局限性，如特殊結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)、形狀的適應(yīng)性變化、性能（力學(xué)、電學(xué)等）的調(diào)控、生長(zhǎng)誘導(dǎo)自修復(fù)、組分的變化等，最終實(shí)現(xiàn)大幅度改變材料的尺寸、形貌、成分和功能，展現(xiàn)出了前所未有的材料成型后調(diào)控能力。雖然在自生長(zhǎng)有機(jī)材料的制備和應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了較多成果，但仍處于研究的初級(jí)階段，面臨著諸多挑戰(zhàn)。

  自生長(zhǎng)有機(jī)材料作為一個(gè)新興的領(lǐng)域，人們往往難以一覽全貌。為此，作為最早開(kāi)展自生長(zhǎng)材料研究的團(tuán)隊(duì)之一——電子科技大學(xué)的崔家喜教授團(tuán)隊(duì)，最近以“Self-growing organic materials”為題在《Angew. Chem. Int. Ed.》期刊上首次總結(jié)了這一類新材料，系統(tǒng)地介紹了這類材料的特征、設(shè)計(jì)方法、獨(dú)特性能和潛在的應(yīng)用。

  該綜述首先介紹了自生長(zhǎng)策略，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)液分子融入原始聚合物網(wǎng)絡(luò)的機(jī)理，可將其分為基于網(wǎng)絡(luò)拓展的自生長(zhǎng)策略、基于力誘導(dǎo)形成互穿網(wǎng)絡(luò)的自生長(zhǎng)策略、基于網(wǎng)絡(luò)均質(zhì)化的循環(huán)生長(zhǎng)策略、基于形成聚合物刷的自生長(zhǎng)策略、可逆生長(zhǎng)策略等，并詳細(xì)地討論了這些策略所展現(xiàn)出的生長(zhǎng)特點(diǎn)和獨(dú)特性能。

  1、基于網(wǎng)絡(luò)拓展的自生長(zhǎng)策略：該策略典型的特征是將硫代三硫酯等光引發(fā)基團(tuán)整合到聚合物網(wǎng)絡(luò)中，利用光誘導(dǎo)將單體經(jīng)過(guò)聚合插入到聚合物網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)聚合物網(wǎng)絡(luò)的拓展，宏觀上表現(xiàn)為材料尺寸的變大。該策略在尺寸和形狀控制上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是穩(wěn)定性弱的交聯(lián)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)過(guò)程的可控性較差。此外，硫代三硫酯基團(tuán)在光誘導(dǎo)下斷裂形成自由基觸發(fā)聚合的過(guò)程中，新形成的鏈段并不是全部和原始鏈段相結(jié)合。

  2、基于力誘導(dǎo)形成互穿網(wǎng)絡(luò)的自生長(zhǎng)策略：該策略的重點(diǎn)是構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中高度交聯(lián)的第一網(wǎng)絡(luò)處于拉伸構(gòu)象，因而當(dāng)單體溶液溶脹的材料在無(wú)氧環(huán)境下受到力的刺激后，第一網(wǎng)絡(luò)斷裂產(chǎn)生自由基，觸發(fā)單體的聚合形成互穿網(wǎng)絡(luò)。這類材料雖然可以實(shí)現(xiàn)尺寸的生長(zhǎng)和一定程度上的性能調(diào)控，但是因?yàn)榱Υ碳さ南拗疲谝痪W(wǎng)絡(luò)并不是均勻的斷裂，這種策略是也主要是適用于雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

  3、基于網(wǎng)絡(luò)均質(zhì)化的循環(huán)生長(zhǎng)策略：該策略主要由三類，第一類是基于酯鍵等動(dòng)態(tài)鍵交換釋放內(nèi)部應(yīng)力的循環(huán)生長(zhǎng)，第二類是基于動(dòng)態(tài)超分子體系的自發(fā)釋放內(nèi)部應(yīng)力的循環(huán)生長(zhǎng)，第三類是兩種獨(dú)立聚合物網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)生長(zhǎng)。在第一類中，利用交聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)可逆性，如將酯鍵等動(dòng)態(tài)鍵結(jié)合到材料中。在生長(zhǎng)過(guò)程中，當(dāng)經(jīng)過(guò)一次溶脹后，材料形成典型的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，原始網(wǎng)絡(luò)處于拉伸構(gòu)象，這種構(gòu)象導(dǎo)致其在二次生長(zhǎng)時(shí)受交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的尺寸限制。因此，通過(guò)結(jié)合酯交換反應(yīng)，將原始網(wǎng)絡(luò)和新網(wǎng)絡(luò)重新融合成類似于初始網(wǎng)絡(luò)的新網(wǎng)絡(luò)，這種融合將促使原來(lái)被拉伸的聚合物鏈段回復(fù)到穩(wěn)定的構(gòu)象，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)生長(zhǎng)。在第二類中，通過(guò)結(jié)合動(dòng)態(tài)超分子結(jié)構(gòu)（酸堿相互作用）到水凝膠中，利用可聚合的單體促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和均一化，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)生長(zhǎng)。第三類是兩種聚合物網(wǎng)絡(luò)彼此獨(dú)立生長(zhǎng)。這類循環(huán)生長(zhǎng)策略典型的特征是可以實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)大幅度調(diào)控其形狀、尺寸和性能等功能。

  4、基于形成聚合物刷的自生長(zhǎng)策略：該策略典型的特征是將可引發(fā)聚合的活性基團(tuán)整合到交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)的側(cè)鏈，隨后通過(guò)自由基聚合、開(kāi)環(huán)聚合等方法在側(cè)鏈的活性基團(tuán)觸發(fā)聚合形成新的聚合物刷結(jié)構(gòu)。這種生長(zhǎng)的特征是其在生長(zhǎng)過(guò)程中并不會(huì)改變其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)致其生長(zhǎng)受交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的尺寸限制。

  5、可逆生長(zhǎng)策略：這類生長(zhǎng)策略是基于可逆反應(yīng)或者可解離的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)可逆生長(zhǎng)。基于可逆反應(yīng)中，當(dāng)單體被逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔飼r(shí)，實(shí)現(xiàn)正向生長(zhǎng)。當(dāng)聚合物被逐漸分解為單體并從體系中移除后，實(shí)現(xiàn)材料的逆向生長(zhǎng)。此外，這種逆生長(zhǎng)也可以通過(guò)其它手段實(shí)現(xiàn)，如在聚合物刷的自生長(zhǎng)策略中，活性基團(tuán)和聚合物鏈段的連接基團(tuán)為可解離結(jié)構(gòu)時(shí)，生長(zhǎng)后的材料經(jīng)過(guò)額外的刺激，誘導(dǎo)聚合物刷結(jié)構(gòu)解離，并通過(guò)其他方法將其移除后實(shí)現(xiàn)可逆地生長(zhǎng)。

圖1自生長(zhǎng)材料的制備策略、物質(zhì)遷移、理論模型、性能和應(yīng)用

圖2 樹(shù)木和交聯(lián)聚合物的生長(zhǎng)概述：（a）樹(shù)木的生長(zhǎng)示意圖；（b）交聯(lián)聚合物材料的生長(zhǎng)示意圖

圖3聚合物網(wǎng)絡(luò)吸收營(yíng)養(yǎng)物實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)的分子機(jī)制。得到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)、互穿網(wǎng)絡(luò)、接枝網(wǎng)絡(luò)和均勻隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

圖4自生長(zhǎng)材料的仿真模型：（a）種子和生長(zhǎng)樣品的示意圖；（b）生長(zhǎng)樣品的聚合物鏈結(jié)構(gòu)變化示意圖

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202306565

通訊作者簡(jiǎn)介：

崔家喜

  電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院教授，國(guó)家青年人才，四川省青年人才，成都市“蓉漂計(jì)劃”特聘專家，四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人。2008 年博士畢業(yè)于北京大學(xué)，先后在北京大學(xué)、德國(guó)馬普高分子所、哈佛大學(xué)、德國(guó)萊布尼茨新材料所等國(guó)內(nèi)外知名高校或科研機(jī)構(gòu)從事化學(xué)領(lǐng)域的研究工作。主要研究方向包括：仿生聚合物材料、聚合物涂層和界面、聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、水凝膠、自修復(fù)材料、生物醫(yī)用材料等。在Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、JACS、Angew. Chem. In. Ed.等國(guó)際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文120多篇，引用4300多次；H指數(shù)38；i10指數(shù)77。編寫(xiě)英文專著（章節(jié)）2部。