天工大张佳玮教授课题组 Macromolecules: 利用α-甲基调控形状记忆高分子水凝胶的形变速度

2024-08-29 来源：高分子科技

形状记忆高分子是一类在一定条件下可以“记忆”临时形状，当受到外界刺激时，又可变形回复初始形状的智能材料，近年来在航空航天、生物医用、软体机器人等高科技领域展现出广泛的应用前景。传统的形状记忆高分子利用高分子链段的结晶、玻璃化固定临时形状，在热刺激下发生形变回复初始形状，这种加热驱动的形状转变极大限制了其在不耐热环境中的应用。近期，热致疏水聚集作为一类新颖的可逆交联被引入形状记忆高分子水凝胶，实现了冷致形状回复。为了实现对这类新型形状记忆高分子水凝胶形状记忆功能的精确控制并拓展其应用，很有必要对其构效关系进行研究。

图1 P(AA-MAA)/Ca(CH₃COO)₂水凝胶的形状记忆机理及程序化变形。

近期，天津工业大学材料科学与工程学院张佳玮教授课题组通过丙烯酸与甲基丙烯酸共聚，进而与乙酸钙络合，合成了一系列具有冷致形变功能的形状记忆高分子水凝胶。他们通过引入α-甲基调节聚合物主链的刚性，从而调控水凝胶网络的疏水聚集程度，进而调控水凝胶的热硬化温度，实现对水凝胶形变速度的调节(图1)。研究结果表明，该凝胶的硬化温度与甲基的含量呈线性相关性。此外，这类形状记忆水凝胶还具有良好的生物相容性，在智能医疗器械如智能药物控释胶囊和血栓清除装置等方面也展现出了一定的应用前景（图2）。这一研究不仅揭示了α-甲基对水凝胶网络聚集状态的影响，还为新型具有冷致形变功能的形状记忆高分子水凝胶的分子设计提供了指导。该工作以“Methyl Matters: Molecular Regulation of the Soft-to-rigid Transition of Shape Memory Hydrogels for Programmable Deformation”为题发表在《Macromolecules》上（Macromolecules, 2024, DOI: 10.1021/acs.macromol.4c00875）。文章第一作者是天津工业大学硕士生袁之叶。该研究得到国家自然科学基金的支持。

图2 智能胶囊实现药物分布释放及血栓清除装置。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00875

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（责任编辑：xu）

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