基于氢键作用的溶剂响应型可降解高分子形状记忆纳米复合材料的研究

Solvent-responsive shape memory polymers (SMPs) composite is a new type of stimulus-drived shape memory materials (SMMs), which can switch between temperary shape and original shape upon exposure to an external stimulus of micromolecule such as water, moisture or organic solvent instead of heat, magnetic fields, etc. So that solvent-responsive SMPs composite show the more adaptability in physiological environment of the human body than other stimulus- responsive SMPs composite. However, recent reports show that solvent-responsive SMPs composite can't meet the needs of shape memory effect, functionality and biocompatibility completely. For this reason, the biodegradable PCL/PLA/Fe3O4 nanocomposites with solvent-responsive shape memory effect consisted of biodegradable poly(?-caprolactone) (PCL), poly (D, L-lactide) (PDLLA) and magnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles modified by glucose are prepared by chemical crosslinking or physical compounding in this study. Moreover, the shape memory effect machanism of nanocomposites in physiological environment will be revealed, the roles of PCL, PDLLA and Fe3O4 on shape memory effect of nanocomposites and their hydrogen bonding interaction will be demonstrated and the prepared principle of the biodegradable nanocomposites with solvent-responsive shape memory effect will be expounded. The science theory of the development and application of the shape memory composites in biomedical field will be powerfully provided by this topic research.

溶剂响应型形状记忆高分子复合材料是一种新型刺激驱动形状记忆材料，受到水、湿气或有机溶剂等小分子的刺激，不需要外界再赋予热、磁等刺激条件，表现出更适用于人体的生理环境。但是，目前报道的溶剂响应型形状记忆高分子复合材料不能兼具形状记忆性、功能性和生物相容性等性能。因此，本项目以可生物降解的聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）聚合物和葡萄糖改性的磁性功能四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子为原料，通过化学交联或物理混合，制备得到溶剂响应形状记忆效应的可生物降解PCL/PLA/Fe3O4纳米复合材料。同时，揭示出纳米复合材料在生理环境中的形状记忆响应机理，证实PCL、PLA和Fe3O4三种组分之间的氢键作用以及对产生形状记忆效应所起的作用，阐明制备溶剂响应形状记忆性能的可生物降解纳米复合材料的普遍规律。本研究将对形状记忆复合材料在生物医学领域的发展和应用提供科学思路。

溶剂响应型形状记忆高分子复合材料是一种新型刺激驱动形状记忆材料，本项目开展以可生物降解的聚己内酯（PCL）等聚合物和葡萄糖改性的磁性功能四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子为原料，通过化学交联或物理混合，制备得到溶剂响应形状记忆效应的可生物降解高分子/Fe3O4纳米复合材料。主要内容：（1）设计、制备具有溶剂响应形状记忆性能的可生物降解PDLLA/MCC高分子复合材料，考察纳米复合材料在水等溶剂条件下的形状记忆行为，并研究了力学等性能以及响应机理。（2）加入葡萄糖等有机小分子、大分子改性Fe3O4纳米粒子并复合到降解聚合物基质中，探明有机分子的结晶区与无机结晶粒子的相互影响关系，并分析其机理。（3）拓展研究出具有Janus结构的纳米微球，微球在溶剂中具有响应特性。 在该基金资助下，在ACS Appl. Mater. Interfaces，Carbohydrate Polymers等国际SCI收录期刊发表文章5篇，另有在审的SCI论文3篇，获得授权专利3项，申请中国发明专利2项，培养研究生2名。研究相关内容获得2015年四川省科学技术进步奖自然科学类一等奖（课题主持人为第二完成人），获得2015年首届黄家驷生物医学工程奖三等奖（课题主持人为第二完成人）。