全大萍教授課題組-線形聚酯材料實現形狀記憶功能的新方法

       形狀記憶高分子憑借出色的生物學性能，以及能夠響應外部刺激的智能變形能力，被廣泛應用于生物醫學領域。然而，傳統的熱固性形狀記憶高分子由于具有共價交聯結構，材料的生物可降解性與可塑性都會有所受損，限制了其在生物醫學方面的應用。對于熱塑性形狀記憶高分子來說，線性嵌段共聚物以及新興的動态交聯形狀記憶高分子雖能夠實現永久形狀的重塑，但都需向體系中引入特定結構，限制了聚合物的多樣性選擇，同時使合成路線變得複雜且制備成本高昂。因此，形狀記憶生物醫用高分子在拓寬材料來源、簡化合成方法及溫和條件下完成形狀重塑等方面面臨着巨大挑戰。

        結晶高分子應用廣泛，晶體作為智能高分子中常用的物理交聯，還能确保材料的熱可塑性。與現有的形狀記憶高分子相比，線性結晶高分子雖合成簡單、可循環利用，但由于缺少其他作為可逆相或固定相的共價或可逆交聯結構，通常被認為形狀記憶性能極差。如何賦予缺乏穩定“骨架”的線性聚合物體系以出色的形狀記憶功能是亟需解決的問題。

        針對上述問題，太阳集团app首页材料科學與工程學院全大萍教授、周晶老師課題組開發了一種無需化學交聯或多嵌段結構的線性形狀記憶可生物降解聚酯，以“Linear Shape Memory Polyester with Programmable Splitting of Crystals”為題發表在MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING上。論文的第一作者為太阳集团app首页材料科學與工程學院碩士生周梓婷，通訊作者為太阳集团app首页材料科學與工程學院周晶講師。

       該課題組基于生物性能優異的含環醚側基的線性聚己内酯Linear-poly(CL-co-TOSUO)（L-PCT），提出了一種新的基于結晶性能的物理工藝，以賦予線性聚合物良好的形狀記憶性能。研究工作将形狀編程溫度設置為處于高分子的熔限範圍内，通過部分熔融/重結晶的方式，将晶體分離為具有不同熔融溫度的兩部分：将重結晶過程中形成的低熔點晶體指定為體系的可逆相、确保臨時形狀的固定及激活；高熔點晶體在形狀記憶循環中保持結晶，以“記憶”提供回複動力的初始永久網絡。再次升溫回複時，可逆相的小晶體會先熔化，并在固定相晶體的牽引下完成材料的形狀回複；而固定相的晶體可以在更高的溫度下熔融，以實現材料的回收利用或再加工。以此，由L-PCT的結晶/熔融轉變即可賦予其出色的形狀記憶效應。研究工作深入探索了編程溫度以及預拉伸處理等物理性調節方法對體系中充當可逆相與固定相晶體的影響，不涉及材料的合成過程，在實際應用中靈活、簡單，并展示了L-PCT實現複雜智能形變的功能。   

       該工作中，L-PCT體系的智能形變僅依賴于内部的晶體，合成簡單，成本低廉，構建的形狀記憶編程工藝有望拓寬材料來源至其他具有結晶性的線性聚合物，對于新型智能生物材料開發有一定的實用參考價值和借鑒意義。未來可以結合已有的加工工藝（如3D打印、靜電紡絲等技術），有望應用于藥物緩釋、體内植入支架等生物醫學工程領域。

        原文鍊接：https://doi.org/10.1002/mame.202100254