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天工大張佳瑋教授課題組 Macromolecules: 利用α-甲基調(diào)控形狀記憶高分子水凝膠的形變速度
2024-08-29  來(lái)源：高分子科技

  形狀記憶高分子是一類(lèi)在一定條件下可以“記憶”臨時(shí)形狀，當(dāng)受到外界刺激時(shí)，又可變形回復(fù)初始形狀的智能材料，近年來(lái)在航空航天、生物醫(yī)用、軟體機(jī)器人等高科技領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的形狀記憶高分子利用高分子鏈段的結(jié)晶、玻璃化固定臨時(shí)形狀，在熱刺激下發(fā)生形變回復(fù)初始形狀，這種加熱驅(qū)動(dòng)的形狀轉(zhuǎn)變極大限制了其在不耐熱環(huán)境中的應(yīng)用。近期，熱致疏水聚集作為一類(lèi)新穎的可逆交聯(lián)被引入形狀記憶高分子水凝膠，實(shí)現(xiàn)了冷致形狀回復(fù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這類(lèi)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(yīng)用，很有必要對(duì)其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行研究。


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


  近期，天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張佳瑋教授課題組通過(guò)丙烯酸與甲基丙烯酸共聚，進(jìn)而與乙酸鈣絡(luò)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(guò)引入α-甲基調(diào)節(jié)聚合物主鏈的剛性，從而調(diào)控水凝膠網(wǎng)絡(luò)的疏水聚集程度，進(jìn)而調(diào)控水凝膠的熱硬化溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)水凝膠形變速度的調(diào)節(jié)(圖1)。研究結(jié)果表明，該凝膠的硬化溫度與甲基的含量呈線性相關(guān)性。此外，這類(lèi)形狀記憶水凝膠還具有良好的生物相容性，在智能醫(yī)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(xiàn)出了一定的應(yīng)用前景（圖2）。這一研究不僅揭示了α-甲基對(duì)水凝膠網(wǎng)絡(luò)聚集狀態(tài)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(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。該工作以“Methyl Matters: Molecular Regulation of the Soft-to-rigid Transition of Shape Memory Hydrogels for Programmable Deformation”為題發(fā)表在《Macromolecules》上（Macromolecules, 2024, DOI: 10.1021/acs.macromol.4c00875）。文章第一作者是天津工業(yè)大學(xué)碩士生袁之葉。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

 

圖2 智能膠囊實(shí)現(xiàn)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(zé)任編輯：xu）
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