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  生物體軟組織材料，例如關(guān)節(jié)軟骨、肌肉、角膜及血管都具有著高度各向異性的力學(xué)性能，因此能夠保證生物體機(jī)能的正常發(fā)揮，以適應(yīng)復(fù)雜的生理環(huán)境。在人造材料體系中，高分子水凝膠與生物體軟組織材料的性質(zhì)最為相似，其三維親水性高分子網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的吸水性、彈性和生物相容性等眾多優(yōu)異特性。然而，與生物體軟組織相比，傳統(tǒng)的高分子水凝膠結(jié)構(gòu)上各向同性并且力學(xué)性能較差，從而限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。近年來(lái)，受生物體軟組織取向結(jié)構(gòu)與其優(yōu)異的力學(xué)性能所啟發(fā)，研究者開(kāi)始致力于制備取向結(jié)構(gòu)各向異性納米復(fù)合水凝膠及其性能研究。

  北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉明杰教授團(tuán)隊(duì)綜述了近年來(lái)高度取向納米復(fù)合結(jié)構(gòu)水凝膠的最新研究進(jìn)展。綜述從仿生角度出發(fā)，根據(jù)生物體軟組織高度取向結(jié)構(gòu)指導(dǎo)取向納米復(fù)合水凝膠的設(shè)計(jì)策略。在生物體中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)行為的控制，軟骨不僅需要有較高的支撐強(qiáng)度，還應(yīng)具有優(yōu)異的定向減震、潤(rùn)滑等功能；肌肉通過(guò)一維方向上的收縮帶動(dòng)關(guān)節(jié)，這些都需要通過(guò)取向結(jié)構(gòu)和各向異性力學(xué)性能的有效協(xié)同作用。在水凝膠體系中，通過(guò)引入不同維度的納米響應(yīng)基元，利用磁場(chǎng)、電場(chǎng)、機(jī)械力、定向冷凍、自組裝等策略有效誘導(dǎo)取向，獲得大尺度范圍內(nèi)，三維長(zhǎng)程有序的取向結(jié)構(gòu)；通過(guò)原位的聚合反應(yīng)形成交聯(lián)的高分子網(wǎng)絡(luò)以鎖定取向結(jié)構(gòu)，制備取向結(jié)構(gòu)納米復(fù)合水凝膠。

  文章中不僅總結(jié)了取向結(jié)構(gòu)納米復(fù)合水凝膠的制備策略，也對(duì)比了不同策略間的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，比如如何更加精確的制備取向結(jié)構(gòu)、大規(guī)模制備問(wèn)題等。同時(shí)，文章還對(duì)取向結(jié)構(gòu)復(fù)合水凝膠各向異性的力學(xué)、光學(xué)性能、刺激響應(yīng)性及生物學(xué)特性等性質(zhì)及其應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。結(jié)合這些優(yōu)異的性能，取向結(jié)構(gòu)復(fù)合水凝膠將在生物組織工程領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、柔性器件等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703045/full