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天工大張佳瑋教授課題組 Macromolecules: 利用α-甲基調控形狀記憶高分子水凝膠的形變速度

2024-08-29 來源：高分子科技

形狀記憶高分子是一類在一定條件下可以“記憶”臨時形狀，當受到外界刺激時，又可變形回復初始形狀的智能材料，近年來在航空航天、生物醫用、軟體機器人等高科技領域展現出廣泛的應用前景。傳統的形狀記憶高分子利用高分子鏈段的結晶、玻璃化固定臨時形狀，在熱刺激下發生形變回復初始形狀，這種加熱驅動的形狀轉變極大限制了其在不耐熱環境中的應用。近期，熱致疏水聚集作為一類新穎的可逆交聯被引入形狀記憶高分子水凝膠，實現了冷致形狀回復。為了實現對這類新型形狀記憶高分子水凝膠形狀記憶功能的精確控制并拓展其應用，很有必要對其構效關系進行研究。

圖1 P(AA-MAA)/Ca(CH₃COO)₂水凝膠的形狀記憶機理及程序化變形。

近期，天津工業大學材料科學與工程學院張佳瑋教授課題組通過丙烯酸與甲基丙烯酸共聚，進而與乙酸鈣絡合，合成了一系列具有冷致形變功能的形狀記憶高分子水凝膠。他們通過引入α-甲基調節聚合物主鏈的剛性，從而調控水凝膠網絡的疏水聚集程度，進而調控水凝膠的熱硬化溫度，實現對水凝膠形變速度的調節(圖1)。研究結果表明，該凝膠的硬化溫度與甲基的含量呈線性相關性。此外，這類形狀記憶水凝膠還具有良好的生物相容性，在智能醫療器械如智能藥物控釋膠囊和血栓清除裝置等方面也展現出了一定的應用前景（圖2）。這一研究不僅揭示了α-甲基對水凝膠網絡聚集狀態的影響，還為新型具有冷致形變功能的形狀記憶高分子水凝膠的分子設計提供了指導。該工作以“Methyl Matters: Molecular Regulation of the Soft-to-rigid Transition of Shape Memory Hydrogels for Programmable Deformation”為題發表在《Macromolecules》上（Macromolecules, 2024, DOI: 10.1021/acs.macromol.4c00875）。文章第一作者是天津工業大學碩士生袁之葉。該研究得到國家自然科學基金的支持。

圖2 智能膠囊實現藥物分布釋放及血栓清除裝置。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00875

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（責任編輯：xu）

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