多孔形状记忆材料的纳米开关构筑
摘要
多孔形状记忆材料拓展了多孔材料的应用和性能，在纺织、生物医学设备、组织工程和航空航天等多个行业都有应用。考虑利用热压的方法使多孔形状记忆材料的贯通孔闭合，在特定条件下材料回复打开闭合的孔洞，由此实现多孔形状记忆材料的纳米开关构筑。可以利用多孔形状记忆材料的纳米孔的闭、开来实现某些反应的实时可控，在医学领域的作用也尤为突出，在特定温度下打开闭合的纳米孔控制负载药物的释放，可制作缓释药物。主要研究内容如下：在这项工作中，多孔形状记忆聚合物（PSMPs）是基于聚（L-乳酸）/聚环氧乙烷溶于氯仿后，进行溶液纺丝，得到的无纺布，用水选择性蚀刻PEO获得互连的纳米孔从而得到多孔形状记忆材料，连续的PLLA富集相有高机械强度和形状记忆性能。对已经刻蚀好的无纺布在不同的条件下进行热压得到薄膜，然后对所得薄膜进行热水浴回复，利用SEM，水通量测试对热水浴前后的试样进行表征。实验结果表明热压后的试样的表面平整，通透性差，表面贯通孔处于闭合状态，而经热水浴回复后的样品表面不再平整，通透性变好，且可以从SEM图中明显看到显露出的纤维上的孔洞。在一定条件下实现了多孔形状记忆材料的纳米开关构筑。
关键词：多孔形状记忆；溶液纺丝；水刻蚀；纳米开关；通透性
引言：随着近代科技飞速发展，新型材料的种类、数目越来越多。1930年，高分子材料就开始出现了。但是在当时， 主要是对基础的高分子材料进行开发研究，直到1990年， 多功能、高智能的高分子材料才越来越得到人们的重视， 并且逐渐加大了对它的研究力度[1]。
新型材料是为了追求高效率，高质量和多功能，因此，将多种功能结合到一起，实现一物多用是适应新时代需求的理想目标。多孔材料具有优异的减震、降噪、吸附、轻质、光电以及渗透等特性[2-6]，材料的多孔化为原密实材料增添了更加优异的性能。形状记忆高分子(shape memory polymer， SMP)是指对外界刺激 (如热、化学、机械、光、电和磁等) 产生响应而从临时形状回复到初始形状的响应型智能材料[7]。SMP具有质量轻、生产成本低、易加工、性能易于调控、可回复应变大、响应温度范围宽等优点。SMP种类繁多， 用途广泛，SMP可用于微创手术的自紧缝合线，表现出良好的生物相容性和生物可降解性， 这开拓了SMP在生物医疗领域的应用[8]。另外在纺织、航天航空等领域也有广泛的应用[9]。
经过科学家多年的努力，多孔材料和形状记忆材料的开发和研究已经取得了很大的进展，但是在某些领域仍然无法满足需求。在医疗方面对同时具有多孔材料和选择记忆材料的多功能新型复合材料表现出强烈的需求（例如药物负载，缓释），且在医疗方面不容忽视的一个问题就是需要有很好的生物相容性[10-11]；在一些连续反应的密闭反应室中，需要实现反应分步可控，多孔形状记忆材料就同时体现了吸附以及能对外界刺激做出反应的功能。
1.1形状记忆聚合物
形状记忆材料是一种刺激响应性的，集感知和驱动于一体的特殊功能材料。它是能够在外界刺激 (如热、光、电、磁等) 条件下能对其自身的状态参数 (如形状、位置、应变等) 进行调整， 从而恢复到初始设定状态的一类智能高分子材料。SMP可分为热致型、光致型、电致型、磁致型和化学感应型形状记忆高分子，而目前研究最为广泛和深入的SMP材料是热致型形状记忆高分子材料。先将材料加热至其相转变温度以上， 待材料完全软化后， 对其施加一定的外力使之变形， 然后， 在维持外力的情况下， 迅速降温使材料内部的应力冻结从而在宏观上固定住材料的形状。此时， 撤掉外力， 将固定好形状的材料重新升温至其相转变温度， 则可观察到形状记忆回复的过程。如图1.1.1[12]
