形狀記憶水凝膠的發(fā)展推進(jìn)了水凝膠材料在現(xiàn)有應(yīng)用中的新功能。例如，將水凝膠與生物活性分子相結(jié)合用于可控傳輸，可以擴散錨定至指定位置。在宏觀或微觀尺寸下形狀記憶水凝膠的空間定向運動可用于填充敏感化合物之后的密封，即在植入前使用體外形狀恢復(fù)。此外，在分子水平上，當(dāng)形狀記憶水凝膠的臨時交聯(lián)斷開時，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或形態(tài)可以使得藥物快速加載到指定位置。因此，隨著形狀恢復(fù)時交聯(lián)的解離，使得釋放速率增強，以及隨后重復(fù)施加刺激直至負(fù)載物耗盡。在一些情況下，用作臨時交聯(lián)的離子從水凝膠中釋放時可以獲得額外的有益生物效應(yīng)。由丙烯腈，丙烯酸和交聯(lián)劑N,N'-雙(丙稀酰)胱胺制備得到離子敏感形狀記憶水凝膠，可以從平面形狀轉(zhuǎn)換成立體型。該水凝膠闡明了定位對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSCs)向成脂或成骨細(xì)胞擴散和分化的作用，這可能是由于微重力對細(xì)胞骨架組織的影響(圖7)。

圖7 形狀記憶水凝膠立方體及其hMSCs染色后的熒光顯微照片

形狀記憶水凝膠進(jìn)一步在智能執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用是未來的目標(biāo)，如人工肌肉，軟體機器人或微型水中機器(圖8)。特別值得注意的是，由水凝膠制備的軟體機器人與基于剛性材料(如鋼)的傳統(tǒng)機器人相比，軟體機器人適合在自然環(huán)境中應(yīng)用，避免對環(huán)境的機械破壞。為了實現(xiàn)形狀記憶水凝膠在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，需要對轉(zhuǎn)換動力學(xué)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換力和轉(zhuǎn)換的可逆性進(jìn)行進(jìn)一步的探討和研究。

圖8 形狀記憶水凝膠未來應(yīng)用的愿景

【總結(jié)】

該綜述說明了在疏水性形狀記憶聚合物中實現(xiàn)形狀變換的一些結(jié)構(gòu)原理也可以應(yīng)用于水凝膠。重要的是，可以通過使用相分離的低聚側(cè)鏈作為分子開關(guān)或使用具有多孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水凝膠來解決諸如在轉(zhuǎn)換時保持樣品體積的難題。除了用于形狀記憶聚合物的經(jīng)典刺激如熱刺激之外，水凝膠能夠使用其他的一些刺激，包括pH，光，離子和可以在富含水的聚合物網(wǎng)絡(luò)中擴散以與臨時交聯(lián)相互作用并誘導(dǎo)雙重或三重效應(yīng)的其它組分。生物聚合物或雜化/多孔系統(tǒng)具備更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中成形結(jié)構(gòu)的定制是材料功能的關(guān)鍵。可以預(yù)期的是，諸如啟動切換過程的各種刺激的最新進(jìn)展將被轉(zhuǎn)移到更復(fù)雜的系統(tǒng)，以便增強功能性并且滿足從醫(yī)學(xué)到智能技術(shù)致動器未來應(yīng)用的需求。