自愈合凝胶_结构_性能及展望_董坤.pdf

中国科学: 化学 2012 年 第42 卷 第6 期: 741 ~ 756 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 自愈合凝胶: 结构、性能及展望 * * 董坤, 魏钊, 杨志懋 , 陈咏梅 物质非平衡合成与调控教育部重点实验室; 西安交通大学理学院, 西安 710049 *通讯作者, E-mail: chenym@; zmyang@ 收稿日期: 2011-07-23; 接受日期: 2011-09-21; 网络版发表日期: 2012-01-09 doi: 10.1360/032011-483 摘要 作为一种高分子智能材料, 自愈合凝胶在解决软材料损伤修复以及凝胶-生物体组 关键词 织之间的界面接口问题, 实现软材料智能化、高效化和环境友好化具有重要意义. 近年来利 凝胶 自愈合 用动态建构化学的基本原理, 通过动态非共价键、可逆动态共价键相互作用, 设计了一系列 动态建构化学 具有良好自愈合性能的新型凝胶材料. 本文以物理型和化学型动态自愈合凝胶为例, 综述 了自愈合凝胶的分子设计思路、性能, 并分析了影响自愈合性能因素, 并对其未来的发展进 行了展望. 1 引言 太阳能热), 新型照明器件(如发光二极管) 以及组织 工程(如人工软骨、人工皮肤) 中作为关键部件的材料 自愈合(self-healing) 的概念源于生物学中的自愈 的使用寿命, 从而显著提高材料安全性, 优化经济效 合能力, 构成生物体的材料是一个伴随着生物进化 益[1~5]. 而逐步优化的功能系统, 其最突出的特性之一是受 除了混凝土[6~8] 、陶瓷[9~11]和金属[12, 13] 自愈合材 到外界损伤之后具有自愈合能力和再生功能. 生物 料之外, 高分子材料的化学结构和机械性能易于调节, 体从分子水平(如 DNA 修复)到宏观水平(如皮肤小伤 使其有利于自愈合材料的设计和自愈合功能的调控, 口的愈合)均存在自愈合现象, 该现象涉及到细胞、组 所以, 科学家们对自愈合高分子材料的研究兴趣与日 织的修复和再生, 与生物体的繁殖、功能维持以及抵 俱增[14~18], 并在生物材料中显得尤为突出[19, 20]. 近年 御外界侵害能力密切相关, 如健康的骨骼、皮肤和肌 来, 随着生物材料科学的发展, 已经开发出了多种多 肉能通过周期性地消耗和再生循环防止由于组织老 样的人工组织或器官替代产品, 但是这些产品大都 化和疲劳引起的缺陷. 由金属、陶瓷以及橡胶等坚硬的材料组成, 其柔软 然而传统材料并不具有自愈合性能, 将自愈合 性、力学性能、含水率、摩擦系数等参数与人体软组 的概念拓展到材料科学则具有仿生学的意义. 目前, 织之间存在显著差距, 严格地讲它们不具有代替生 在航天、军工、桥梁、房屋建筑以及组织工程等领域 物软组织的优势. 其实, 人体除了牙齿和骨骼以外, 中所使用的传统材料可能在加工或使用过程中发生 都是由柔软的生物组织