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形狀記憶高分子是一類遇到外部刺激能夠從臨時(shí)形狀恢復(fù)至初始形狀的智能材料。目前該類材料多數(shù)為人工合成型。摻雜天然蛋白成分的共聚物及純天然蛋白材料型（鳥(niǎo)類羽毛）最近被報(bào)道有明顯刺激響應(yīng)特征。而自然界廣泛存在的型角蛋白纖維材料在多重形狀記憶特性及機(jī)理研究方面卻很少有報(bào)道，這也引起了智能材料研究者的極大興趣。 

幾千年來(lái)，動(dòng)物毛發(fā)僅被人類用作保暖并時(shí)尚的紡織纖維材料，并未注意其特有的功能特性。 直到最近，香港理工大學(xué)胡金蓮教授課題組發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物毛發(fā)極有可能對(duì)多種外界因素實(shí)現(xiàn)形狀記憶響應(yīng)。他們比較了三類毛發(fā)，發(fā)現(xiàn)駝毛的針毛由于其特有的結(jié)構(gòu)和組成成分，可以對(duì)水和氧化還原試劑有明顯的形狀記憶特性，形狀回復(fù)率高達(dá)80%。而對(duì)熱和紫外線有一定程度的記憶效果，記憶能力略低于水和氧化還原試劑。外界刺激的四重響應(yīng)形狀記憶效果如圖去1所示。

圖1 駝毛對(duì)四重外界刺激的形狀記憶效果

研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物毛發(fā)有三類結(jié)構(gòu)成分決定了它們對(duì)外界的多重記憶效果，即毛發(fā)內(nèi)部的結(jié)晶、二硫鍵和氫鍵。對(duì)于探索的四類外界刺激，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)始終穩(wěn)定。而對(duì)于水和熱響應(yīng)，氫鍵是可逆變化的；對(duì)于紫外線，只有二硫鍵發(fā)生了可逆變化；而對(duì)于氧化還原試劑，則二硫鍵和氫鍵都發(fā)生了可逆反應(yīng)。因此，他們提出了一套理想化模型，即雙節(jié)點(diǎn)-雙開(kāi)關(guān)模型，如圖2所示，將動(dòng)物毛發(fā)的四重記憶效果抽象出來(lái)，基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)以期能夠仿生出更為適應(yīng)環(huán)境的智能人造纖維材料，為豐富單一合成纖維不同形狀記憶能力和仿生開(kāi)發(fā)更智能的合成纖維提供了借鑒和指導(dǎo)意義。這一研究對(duì)于開(kāi)發(fā)醫(yī)用智能材料和器械指明了方向，例如，利用多重形狀記憶能力的纖維制備的矯形器械通過(guò)不同刺激矯形來(lái)緩解矯形過(guò)程中給患者帶來(lái)的痛苦，目前中科院和深圳某些醫(yī)療科技等單位和公司已對(duì)此項(xiàng)研究的應(yīng)用擴(kuò)展表達(dá)了濃厚的興趣。

圖2 動(dòng)物毛發(fā)的四重形狀記憶模型圖

  參考文獻(xiàn)：X Xiao et al, Polym. Chem., 2016, DOI: 10.1039/C6PY01283C

  文章作者：肖學(xué)良