浙江大学王立教授和俞豪杰副教授课题组在形状记忆水凝胶领域取得新进展

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形状记忆水凝胶（SMHs）一种可在外界刺激下进行临时形状记忆和永久形状恢复的刺激响应智能高分子材料。SMHs在生物医学领域具有广阔的应用前景，但是目前多数SMHs在力学性能及响应温度等方面还不能满足在人体内应用的需求。制备响应温度接近人体体温且具有优异力学性能的SMHs是本领域的重要研究方向之一。最近浙江大学王立教授和俞豪杰副教授课题组采用疏水缔合和氢键协同作用的方法制备得到了可在人体温度下快速响应且具有优异力学性能的SMHs。

研究团队采用2-苯氧基乙基丙烯酸酯（PEA）为疏水单体、丙烯酰胺（AAm）为亲水单体构建poly(PEA-co-AAm)水凝胶。PEA携带的苯环可在水环境下产生强烈的疏水缔合作用，该疏水缔合作用在形成物理交联点的同时为酰胺氢键提供保护，屏蔽水分子对酰胺氢键的弱化作用，达到氢键增强的目的。

图1. Poly(PEA-co-AAm)水凝胶的结构及制备

由疏水缔合和氢键协同作用形成的可逆物理交联能显著提高水凝胶的力学性能。通过改变PEA和AAm单体比例，所制备水凝胶的拉伸强度可高达5.1 ± 0.16 MPa，同时具有良好的可拉伸性。此外，该水凝胶还表现出优异的力学恢复性能，经过拉伸的凝胶在室温下放置15min后即可恢复至初始状态。当PEA含量为60 mol%时，水凝胶的力学性能对温度具有很高的依赖性，且具有人体温度响应形状记忆性能。

图2. Poly(PEA-co-AAm)水凝胶的力学性能分析

研究团队还对该方法的普适性进行了初步探究，分别采用2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯（PEMA）和丙烯酸苄酯（BzA）替代PEA，所得凝胶均具有良好的力学性能以及可由人体体温触发的形状记忆特性。

图3. PEA含量为60 mol%的Poly(PEA-co-AAm)水凝胶的人体温度响应形状记忆行为

以上成果于近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，论文题目为Highly Tough Hydrogels with the Body Temperature-Responsive Shape Memory Effect，第一作者为浙江大学博士生梁瑞雪，通讯作者为浙江大学俞豪杰副教授和王立教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b14756

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