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  傳統(tǒng)生物醫(yī)學材料在成型后通常呈現(xiàn)固定的物理化學性質(zhì)，屬于靜態(tài)結(jié)構(gòu)范疇。相比之下，能夠?qū)ν獠看碳ぃㄈ鐪囟取⒐狻?/span>pH或電場）作出響應并動態(tài)調(diào)控自身物理化學特性的智能材料，如形狀記憶聚合物（SMPs）、刺激響應性水凝膠（SRHs）和液晶彈性體（LCEs），在生物醫(yī)學領(lǐng)域成為備受關(guān)注的研究熱點。

  近日，哈爾濱工業(yè)大學冷勁松院士團隊在《Materials Science and Engineering: R: Reports》（IF 26.8）期刊上發(fā)表了題為“Stimuli-responsive smart materials for biomedical applications”的綜述論文，論文完成人為哈爾濱工業(yè)大學林程副研究員、研究生楊夢嬌、張風華研究員、劉彥菊教授以及冷勁松院士。

  本綜述全面梳理了刺激響應性智能材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用，詳細介紹了形狀記憶聚合物、刺激響應性水凝膠和液晶彈性體的刺激響應基本機制及其與先進制造技術(shù)的結(jié)合（圖1）。

圖1. 基于刺激響應性智能材料的生物醫(yī)學裝置在心臟修復、血管再通、仿生自反饋系統(tǒng)及骨組織再生等應用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的潛力

  形狀記憶聚合物（SMPs）是一類具有顯著形狀記憶效應的智能材料，能夠被編程為任意臨時形狀，并在受到溫度、濕度、光、電場或磁場等外部刺激時回復至其原始構(gòu)型。該類材料具備大變形能力、良好的自適應性以及優(yōu)異的加工性能，其可編程的形狀變化特性在微創(chuàng)植入器械和自適應組織工程支架等生物醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。尤為重要的是，SMPs的形狀記憶行為具有高度可設計性，通過物理調(diào)控或化學改性策略，可精確調(diào)節(jié)其刺激響應機制與形狀回復溫度，從而針對不同的生物醫(yī)學需求實現(xiàn)功能化定制，提供個性化解決方案。

圖2. 基于SMPs的生物醫(yī)療裝置

  刺激響應性水凝膠（SRHs）是一類在外界刺激下可動態(tài)調(diào)控其性能的智能材料，因其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的廣泛應用前景而受到關(guān)注。此類材料不僅繼承了傳統(tǒng)水凝膠所具備的優(yōu)異特性，如良好的生物相容性、出色的保水能力以及與生物組織相似的柔性，而且能夠在熱、光或pH等外部刺激作用下展現(xiàn)出多種功能性響應行為，包括可編程的形狀重構(gòu)、可逆的光學變色效應以及自主愈合能力。憑借其內(nèi)在的仿生結(jié)構(gòu)特征與可精確調(diào)控的刺激響應性能，SRHs有望推動下一代功能性生物醫(yī)學裝置的研發(fā)。

圖3. 基于SRHs的生物醫(yī)療裝置

  液晶彈性體（LCEs）是一類理想的刺激響應性智能材料，其特征在于將液晶分子的各向異性響應特性與輕度交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡的機械柔韌性有機結(jié)合。在外界刺激作用下，該類材料可表現(xiàn)出可逆的形變行為及光學性質(zhì)變化。通過協(xié)調(diào)液晶相的有序結(jié)構(gòu)與彈性體基質(zhì)的高彈性能，LCEs在仿生肌肉驅(qū)動的機器人假肢以及功能性組織再生等前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的應用潛力。憑借其優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)換效率、本征刺激響應能力以及可編程的驅(qū)動路徑，LCEs奠定了開發(fā)下一代自適應生物醫(yī)學系統(tǒng)的重要基礎。

圖4. 基于LCEs的生物醫(yī)療裝置

  刺激響應性智能材料憑借其獨特的動態(tài)響應特性及精確的時空調(diào)控能力，在藥物遞送系統(tǒng)、組織工程、再生醫(yī)學以及微創(chuàng)治療技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出變革性的應用潛力。然而，從實驗室研究向產(chǎn)業(yè)化應用轉(zhuǎn)化過程中，仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括長期生物安全性的系統(tǒng)驗證、標準化評估體系的缺失，以及大規(guī)模制備過程中性能穩(wěn)定性的保障等問題。未來的研究應聚焦于刺激響應機制的深入解析與先進制備工藝的優(yōu)化，以推動高性能、可臨床轉(zhuǎn)化的生物醫(yī)學器件的創(chuàng)新發(fā)展。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101126