形狀記憶高分子材料是指具有保持臨時變形形狀的能力,當受到外界刺激后,可以恢復到初始形狀,從而表現出對初始形狀具有記憶功能的一類高分子材料。與形狀記憶合金和形狀記憶陶瓷相比,形狀記憶高分子材料具有密度低、可恢復形變量大、易加工成型、形變溫度可調等諸多優點,因而形狀記憶高分子具有非常廣闊的應用前景。但是目前發展的形狀記憶高分子材料主要是熱致形狀記憶高分子,即在熱刺激下可以恢復到初始形狀。然而在實際應用中,比如作為生物醫用材料,由于溫度過高會使生物組織發生損傷,所以熱并不是一個良好的刺激方式,目前亟需開發新的形狀記憶觸發方式以適應科技發展的需要。
近年來,隨著超分子科學的發展,具有特殊的可逆性和高度的動態性的超分子作用力,如金屬配位作用、主-客體作用和動態共價鍵等在制備結構規整、性質可控功能材料方面表現出了顯著的優勢。中科院寧波材料所智能高分子團隊將超分子作用引入形狀記憶高分子材料,制備了基于超分子作用的形狀記憶高分子材料。科研人員首先合成了含有苯硼酸側基的海藻酸鈉(Alg-PBA),利用苯硼酸和聚乙烯醇(PVA)羥基間的動態硼酸酯鍵,制備了具有自修復功能的水凝膠。然后借助于海藻酸鈉和Ca2+之間的配位絡合作用,得到在宏觀和微觀層面都具有形狀記憶功能的水凝膠。這種水凝膠利用了雙重超分子作用,成功實現了形狀記憶和自修復兩種功能的結合。相關研究工作發表在Chem. Commun. 2014, 50,12277 (IF = 6.718)上,并被選為當期的內封面文章。該研究團隊最近發展了這一思路,利用硼酸酯鍵保持材料的臨時形狀,制備了pH和糖響應的形狀記憶高分子材料,此工作不但得到了生物分子響應的形狀記憶高分子材料,還大大縮短了材料的形狀恢復時間。該研究成果發表在Maromol. Rapid Commun. (accepted)上。上述研究成果是對形狀記憶高分子材料的有效補充及創新,為開發生物醫用形狀記憶高分子材料提供了新的思路。
研究工作得到了國家青年千人計劃、國家自然科學基金(51303195, 21304105)、浙江省杰出青年基金(LR14B040001)及寧波市自然科學基金(2014A610127)的資助。
形狀記憶高分子材料的制備示意圖及其自修復和形狀記憶功能
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