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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  來源：高分子科技

  形狀記憶高分子是一類在一定條件下可以“記憶”臨時形狀，當(dāng)受到外界刺激時，又可變形回復(fù)初始形狀的智能材料，近年來在航空航天、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)對這類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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