哈工大冷劲松教授团队与国外研究团队合作：具有主动变形功能的形状记忆聚氨酯微胶囊

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形状记忆聚合物（SMPs）是一种典型的智能材料，它能够在外部刺激的作用下实现形状的改变。从智能自紧缝合线、可膨胀支架到空间可展开结构，形状记忆聚合物材料与结构越来越多地出现在日常生活中。与此同时，小型化趋势为纳微结构SMPs的应用提供了广阔的前景。然而，在微米和亚微米水平上合成复杂结构的方法有限，因此阻碍了这个领域的发展。并且，将SMPs器件缩小到微米级时，想要其保持形状记忆功能仍然是一个挑战。

近日，哈尔滨工业大学冷劲松教授团队与英国剑桥大学Stoyan K. Smoukov教授、西班牙加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）Claudio Roscini教授共同合作，通过乳化液滴及界面聚合的方法成功制备了形状记忆聚氨酯（SMPU）微胶囊。这种微胶囊具有制备简单、形态可调、变形量大、形状记忆性能好等优点。微胶囊的空心结构使其相较于聚合物颗粒具有更大的活性成分负载量，因此能够使其在一些应用上具有更大的容积。所得微胶囊的合成制备方法可以很容易地扩展到更多的应用中。

本研究分别以两种脂肪族三异氰酸酯DesmodurN100和DesmodurN3300为原料，合成了一系列含氨基甲酸酯键的多嵌段共聚物SMPU微胶囊。图1为SMPU微胶囊的制备过程示意图。

图1. SMPU微胶囊制备过程示意图

SMPU微胶囊具有核壳结构，为了定量分析SMPU微胶囊的形状记忆性能，本研究将微胶囊拉伸到不同的程度(分别拉伸50%、80%、100%和120%)，用荧光显微镜能够明显观察到SMPU微胶囊的形状回复过程，以拉伸至80%的SMPU微胶囊为例（图2），在60℃加热30秒左右，形状回复至初始形状。无论变形长宽比如何，SMPU微胶囊都表现出良好的形状记忆性能，椭球形微胶囊在加热后均可回复为长宽比接近1的球形。根据测量的长宽比能够计算变形椭球体的表面积，在药物输送应用中，表面积会严重影响内部内容物的扩散速率,在如此大的表面积变化下，SMPU微胶囊具有调节药物释放速率的潜力。

图2.SMPU胶囊的微观结构及形状回复过程

该项研究成果以“Shape Memory Polyurethane Microcapsules with Active Deformation”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上，论文第一作者为哈尔滨工业大学青年教师张风华博士，共同通讯作者为冷劲松教授、Claudio Roscini教授和Stoyan K. Smoukov教授。

全文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c14882

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