哈工大冷勁松教授團隊《ACS AMI》：具有主動變形功能的形狀記憶聚氨酯微膠囊

形狀記憶聚合物（SMPs）是一種典型的智能材料，它能夠在外部刺激的作用下實現形狀的改變。從智能自緊縫合線、可膨脹支架到空間可展開結構，形狀記憶聚合物材料與結構越來越多地出現在日常生活中。與此同時，小型化趨勢為納微結構SMPs的應用提供了廣闊的前景。然而，在微米和亞微米水平上合成複雜結構的方法有限，因此阻礙了這個領域的發展。並且，將SMPs器件縮小到微米級時，想要其保持形狀記憶功能仍然是一個挑戰。

近日，哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊通過乳化液滴及界面聚合的方法成功製備了形狀記憶聚氨酯（SMPU）微膠囊。這種微膠囊具有製備簡單、形態可調、變形量大、形狀記憶性能好等優點。微膠囊的空心結構使其相較於聚合物顆粒具有更大的活性成分負載量，因此能夠使其在一些應用上具有更大的容積。所得微膠囊的合成製備方法可以很容易地擴展到更多的應用中。該項研究成果以「Shape Memory PolyurethaneMicrocapsules with Active Deformation」為題發表在《ACS Applied Materials &Interfaces》上，論文第一作者為哈爾濱工業大學青年教師張風華博士，共同通訊作者為冷勁松教授、Claudio Roscini教授和Stoyan K. Smoukov教授。

本研究分別以兩種脂肪族三異氰酸酯DesmodurN100和DesmodurN3300為原料，合成了一系列含氨基甲酸酯鍵的多嵌段共聚物SMPU微膠囊。圖1為SMPU微膠囊的製備過程示意圖。

圖1.SMPU微膠囊製備過程示意圖

SMPU微膠囊具有核殼結構，為了定量分析SMPU微膠囊的形狀記憶性能，本研究將微膠囊拉伸到不同的程度(分別拉伸50%、80%、100%和120%)，用螢光顯微鏡能夠明顯觀察到SMPU微膠囊的形狀回復過程，以拉伸至80%的SMPU微膠囊為例（圖2），在60℃加熱30秒左右，形狀回復至初始形狀。無論變形長寬比如何，SMPU微膠囊都表現出良好的形狀記憶性能，橢球形微膠囊在加熱後均可回復為長寬比接近1的球形。根據測量的長寬比能夠計算變形橢球體的表面積，在藥物輸送應用中，表面積會嚴重影響內部內容物的擴散速率,在如此大的表面積變化下，SMPU微膠囊具有調節藥物釋放速率的潛力。

圖2.SMPU膠囊的微觀結構及形狀回復過程

http://pubs-acs-org-s.ivpn.hit.edu.cn:1080/doi/pdf/10.1021/acsami.0c14882

來源：高分子科學前沿

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