形狀記憶聚合物的案例
4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域的研究進(jìn)展
形狀記憶聚合物是一種在外界刺激條件下產(chǎn)生形狀變化的智能材料，4D打印是基于可變形材料和3D打印技術(shù)的一種綜合性技術(shù)，可變形材料中形狀記憶聚合物的應(yīng)用最為廣泛，目前4D打印形狀記憶聚合物在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，如生物醫(yī)療、航空航天、電子器件等領(lǐng)域，其智能化和可定制化的特點(diǎn)在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。4D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域個(gè)性化訂制的技術(shù)瓶頸，為生物醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的契機(jī)近年來(lái)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究和關(guān)注。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授研究團(tuán)隊(duì)對(duì)4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行全面而系統(tǒng)的綜述。他們首先對(duì)形狀記憶聚合物材料的響應(yīng)機(jī)理及形變激勵(lì)條件（如溫度、濕度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、pH等）進(jìn)行了解析，也對(duì)4D打印原理進(jìn)行了闡述，同時(shí)詳細(xì)介紹了4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域的實(shí)例和應(yīng)用價(jià)值，包括血管支架（圖4）、氣管支架、細(xì)胞支架、骨支架、心臟支架、乳房支架、仿生肌肉等。該團(tuán)隊(duì)還總結(jié)了4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景（圖3）、最后，該團(tuán)隊(duì)對(duì)目前4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
圖4 4D打印形狀記憶血管支架在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生形變的示意圖[34]
圖3 4D打印形狀記憶聚合物在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用及潛在應(yīng)用
相關(guān)文章發(fā)表于《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》雜志，相信這篇綜述對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究者具有重要的參考價(jià)值。
全文連接：
http://engine.scichina.com/doi/10.1360/N092018-00153
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
展開(kāi) 哈工大冷勁松教授團(tuán)隊(duì)《中國(guó)科學(xué)》綜述：形狀記憶聚合物微納米纖維膜在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展
形狀記憶聚合物作為一種新興的智能材料能夠記憶暫時(shí)形狀，并在外界激勵(lì)條件下主動(dòng)回復(fù)到初始形狀。基于靜電紡絲技術(shù)，將形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料制備成纖維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熱、電、光、PH、水、磁及電效應(yīng)等激勵(lì)變形過(guò)程，在生物醫(yī)療、智能紡織、傳感、驅(qū)動(dòng)等方面應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究和關(guān)注。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團(tuán)隊(duì)就近10年形狀記憶聚合物微納米纖維膜的制備技術(shù)、結(jié)構(gòu)形貌、驅(qū)動(dòng)方法及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)論述。文章總結(jié)了由靜電紡絲技術(shù)制備的形狀記憶聚合物微納米纖維膜的多種結(jié)構(gòu)，包括無(wú)紡、核殼、中空、取向纖維等結(jié)構(gòu)（Fig3）及其不同的驅(qū)動(dòng)方式，包括熱驅(qū)動(dòng)、磁驅(qū)動(dòng)、水驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方法。隨后，文章對(duì)形狀記憶聚合物微納米纖維膜在骨組織支架、骨組織修復(fù)、神經(jīng)支架（Fig10）及細(xì)胞培養(yǎng)等方面的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。最后，該團(tuán)隊(duì)對(duì)目前形狀記憶聚合物材料其他結(jié)構(gòu)在血管直接、氣管支架、骨修復(fù)藥物及細(xì)胞載體、動(dòng)脈瘤、血栓和心臟貼片等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了概括，并對(duì)形狀記憶聚合物微納米纖維膜未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
圖文速遞
圖3 不同結(jié)構(gòu)的纖維無(wú)紡結(jié)構(gòu)（a）[30]；核殼結(jié)構(gòu)（b）[33]；中空結(jié)構(gòu)（c）[34]和取向纖維（d）[37]
圖10 在第9天，在（A）P5，（B）P5C0.5，（C）P5C1和（D）P5C2納米纖維上培養(yǎng)PC12細(xì)胞表達(dá)的NF200[45]
形狀記憶聚合物微納米纖維膜在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展相應(yīng)文章發(fā)表于《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》雜志上，相信這篇綜述對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究者具有重要的參考價(jià)值。
全文連接：
https://doi.org/10.1360/N092018-00126
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
展開(kāi) 新加坡研究人員開(kāi)發(fā)出雙網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)4D打印形狀記憶聚合物
雙網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)4D打印形狀記憶聚合物。
該項(xiàng)研究被發(fā)表在了最新一期的ACS Applied Materials & Interfaces上，新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)博士后（現(xiàn)西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院副教授）張彪和博士生研究生張旺為論文共同第一作者。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b00359
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
abaqus形狀記憶聚合物結(jié)構(gòu)的熱-力學(xué)有限元模擬
形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer，SMP)是一類擁有寬廣應(yīng)用前景的新型智能材料，具有質(zhì)量較小、變形量大等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、紡織行業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，目前正受到人們的密切關(guān)注。
為了研究形狀記憶聚合物相關(guān)結(jié)構(gòu)的形狀記憶過(guò)程，以往常常需要使用Fortran語(yǔ)言去編寫(xiě)復(fù)雜繁瑣UMAT(用戶材料子程序)，現(xiàn)在本人采用了一種適合對(duì)SMP復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬的方法，該方法不需要寫(xiě)umat子程序，分別利用有限元仿真軟件ABAQUS中內(nèi)置的廣義Maxwell模型和Neo-Hookean模型來(lái)描述材料的粘彈性行為和超彈性行為。然后針對(duì)SMP的板結(jié)構(gòu)，通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)它們的形狀記憶過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬分析，得到了應(yīng)力-應(yīng)變-溫度三者間的關(guān)系。模擬結(jié)果表明：本文介紹的這種新方法能夠準(zhǔn)確地模擬SMP的形狀記憶過(guò)程。
一、SMP熱粘彈性本構(gòu)模型
根據(jù)Tobushi等人的研究，得到了用應(yīng)力率表示應(yīng)變率的微分形式的SMP力學(xué)一維本構(gòu)方程：
二、SMP板結(jié)構(gòu)的有限元模擬
1、有限元模型建立
在ABAQUS中建立SMP平面板模型如圖1所示，尺寸為100mm×40mm，選擇Shell進(jìn)行建模，指定厚度為5mm。網(wǎng)格劃分一共有160個(gè)單元，從計(jì)算效率考慮，每一個(gè)單元尺寸設(shè)置為2mm，采用S4R殼單元，即為四節(jié)點(diǎn)減縮積分殼單元，計(jì)算方式采用Full-Newton求解法。
圖1 有限元模型
在相互作用模塊，需要將板的兩個(gè)短邊分別耦合到兩個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)與邊之間設(shè)置MPC-beam耦合，圖1中的RP-1和RP-2分別為兩邊的控制點(diǎn)。材料屬性設(shè)置用到了SMP本構(gòu)模型。
展開(kāi) 
浙江大學(xué)謝濤教授團(tuán)隊(duì)《AM》：可自發(fā)變形的超分子形狀記憶聚合物
以傳統(tǒng)形狀記憶聚合物為例，首先它需要特定的外界刺激來(lái)觸發(fā)變形，比如最常見(jiàn)的熱刺激；其次它的變形只遵循單一的回復(fù)路徑，比如從臨時(shí)形狀回復(fù)為永久形狀。而施加刺激在某些場(chǎng)景下（如體內(nèi)環(huán)境）往往很難實(shí)現(xiàn)，并且很多功能也要求變形路徑的多元化，因此這些不足很大程度地限制了變形材料的應(yīng)用價(jià)值。
鑒于此，浙江大學(xué)謝濤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種無(wú)需特定外界刺激就可實(shí)現(xiàn)自發(fā)多路徑變形的形狀記憶聚合物，并探究了該材料在4D打印、防偽和時(shí)間溫度指示劑等方面的應(yīng)用。
該體系中同時(shí)具有永久共價(jià)交聯(lián)與多重UPy氫鍵交聯(lián)，共價(jià)交聯(lián)保證了永久形狀的回復(fù)(形狀回復(fù)率)，而氫鍵的動(dòng)態(tài)交換可用來(lái)調(diào)控自發(fā)回復(fù)的動(dòng)力學(xué)（形狀回復(fù)速率）。具體來(lái)說(shuō)，在高溫下編程時(shí)，氫鍵交換速率快，引起部分鏈段松弛，體系中熵驅(qū)動(dòng)力變小，因此在室溫下自發(fā)回復(fù)的速率較慢；而在低溫下編程時(shí)氫鍵交換速率慢，體系的熵驅(qū)動(dòng)力大，在室溫回復(fù)時(shí)速率較快（圖1）。由于時(shí)溫等效性，控制編程時(shí)間同樣可以帶來(lái)不同的熵驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。總而言之，通過(guò)控制編程的時(shí)間和溫度，可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)的時(shí)序性變形行為。
圖1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及編程原理
基于此原理，通過(guò)數(shù)字化光熱效應(yīng)可以區(qū)域化調(diào)控編程溫度，從而控制各區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力松弛程度。而內(nèi)應(yīng)力松弛程度又決定了形狀回復(fù)速率，因此在各區(qū)域的協(xié)同作用下該材料便可實(shí)現(xiàn)二維平面—三維立體—二維平面的自發(fā)變形路徑的編程化。通過(guò)設(shè)計(jì)油墨圖案并且結(jié)合激光切割，可以得到復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)多路徑變形（圖2）。
圖2 非穩(wěn)態(tài)多路徑變形
進(jìn)一步地，將該體系應(yīng)用于光固化3D打印，可以制備具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的永久形狀。
展開(kāi) 形狀記憶聚合物本構(gòu)關(guān)系在abaqus中實(shí)現(xiàn)
<p>有需要形狀記憶聚合物abaqus本構(gòu)關(guān)系程序的聯(lián)系我，通過(guò)abaqus內(nèi)置本構(gòu)模型即可設(shè)置SMP材料屬性。</p>
西安交通大學(xué)陳鑫教授/白永康副教授課題組：從切蘋(píng)果到原位生成構(gòu)建近紅外光響應(yīng)三段形狀記憶材料
近紅外光響應(yīng)形狀記憶聚合物因其遠(yuǎn)程控制等優(yōu)勢(shì)在光驅(qū)動(dòng)器、光控微流體器件及生物醫(yī)學(xué)裝置等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。目前制備近紅外光響應(yīng)形狀記憶聚合物的常用方法是將貴金屬納米顆粒等光熱轉(zhuǎn)化材料引入熱響應(yīng)形狀記憶聚合物，但為了提高光熱材料在聚合物中的相容性一般需要采用表面改性、原位接枝等手段。同時(shí)傳統(tǒng)的貴金屬納米顆粒或石墨烯等材料均涉及復(fù)雜的合成過(guò)程，這些因素的存在會(huì)大大提高材料制備的難度和成本。因此如何通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的手段制備近紅外響應(yīng)形狀記憶材料仍是目前該研究的一個(gè)難點(diǎn)。
在生活中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果或梨用鐵刀切了以后，表面會(huì)變黑。這是由于蘋(píng)果或梨等水果的細(xì)胞里含有單寧酸，單寧酸與鐵離子化合會(huì)生成黑色的單寧酸鐵納米顆粒，而該納米顆粒則具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化性能。受此啟發(fā)，西安交通大學(xué)化工學(xué)院陳鑫教授/白永康副教授課題組采用原位生成的方法將單寧酸鐵納米顆粒（FeTA）引入固態(tài)的熱響應(yīng)形狀聚合物中。他們首先采用商業(yè)化的乙烯-乙烯醇共聚物作為聚合物基底，通過(guò)二異氰酸酯交聯(lián)得到熱響應(yīng)形狀記憶聚合物，并在此過(guò)程中引入鐵離子。然后，只要簡(jiǎn)單的將所制備的固態(tài)薄膜浸入單寧酸溶液中，即可制備具有高光熱響應(yīng)性能的形狀記憶復(fù)合材料。
圖 1 （a）和（b）復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)化性能；（c）和（d）復(fù)合材料近紅外光響應(yīng)形狀記憶行為
通過(guò)對(duì)復(fù)合材料微觀形貌、機(jī)械性能、光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)等性能的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eTA納米顆粒能夠均勻地分散在聚合物基底中，使得材料不僅能夠體現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的光響應(yīng)形狀記憶性能。
展開(kāi) 南方科技大學(xué)葛锜《AM》強(qiáng)機(jī)械，UV固化的形狀記憶高分子聚合物，用于4D打印數(shù)字光處理
與用于4D打印的其他軟活性材料相比，形狀記憶聚合物（SMP）具有更高的剛度，并且與各種3D打印技術(shù)兼容
。其中，紫外線（UV）固化SMP與基于數(shù)字光處理（DLP）的3D打印兼容，以制造具有復(fù)雜幾何形狀和高分辨率的基于SMP的結(jié)構(gòu)。但是，可紫外線固化的SMP在機(jī)械性能方面有局限性，這極大地限制了它們的應(yīng)用范圍。
最近,
南方科技大學(xué)
葛锜副教授
團(tuán)隊(duì)
報(bào)道了
一種機(jī)械堅(jiān)固且可紫外線固化的SMP系統(tǒng)，該系統(tǒng)高度變形，耐疲勞并與基于DLP的3D打印兼容，以制造高分辨率（
最大
2 μm），高度復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯示加熱時(shí)的
形狀變化（高達(dá)1240％）
。更重要的是，已開(kāi)發(fā)的SMP系統(tǒng)具有出色的抗疲勞性，并且可以重復(fù)
加載超過(guò)10000次。
機(jī)械強(qiáng)度高且可紫外線固化的SMP的開(kāi)發(fā)顯著改善了基于SMP的4D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，從而使其可用于航空航天，智能家具和軟機(jī)器人等工程應(yīng)用。
相關(guān)論文以題為發(fā)表在《Advanced
Materials》上
。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1
強(qiáng)機(jī)械的
tBA-AUD SMP，用于基于DLP的4D打印。
a）高度可拉伸的tBA-AUD SMP狗骨樣品的形狀記憶周期快照。b）基于DLP的3D打印設(shè)備的示意圖。c）用tBA–AUD SMP印刷的寬度為2 μm的網(wǎng)格圖案的顯微圖像。d）用tBA–AUD SMP印刷的開(kāi)爾文泡沫。e）通過(guò)拉伸開(kāi)爾文泡沫來(lái)證明形狀記憶效果。f）通過(guò)壓縮和折疊開(kāi)爾文泡沫來(lái)證明形狀記憶效果。
圖2
tBA-AUD SMP前體溶液的詳細(xì)信息和特性。
a）用于制備tBA-AUD SMP前體溶液的AUD，tBA，IBOA和TPO的詳細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 南方科技大學(xué)葛锜《AM》強(qiáng)機(jī)械，UV固化的形狀記憶高分子聚合物，用于4D打印數(shù)字光處理
與用于4D打印的其他軟活性材料相比，形狀記憶聚合物（SMP）具有更高的剛度，并且與各種3D打印技術(shù)兼容
。其中，紫外線（UV）固化SMP與基于數(shù)字光處理（DLP）的3D打印兼容，以制造具有復(fù)雜幾何形狀和高分辨率的基于SMP的結(jié)構(gòu)。但是，可紫外線固化的SMP在機(jī)械性能方面有局限性，這極大地限制了它們的應(yīng)用范圍。
最近,
南方科技大學(xué)
葛锜副教授
團(tuán)隊(duì)
報(bào)道了
一種機(jī)械堅(jiān)固且可紫外線固化的SMP系統(tǒng)，該系統(tǒng)高度變形，耐疲勞并與基于DLP的3D打印兼容，以制造高分辨率（
最大
2 μm），高度復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯示加熱時(shí)的
形狀變化（高達(dá)1240％）
。更重要的是，已開(kāi)發(fā)的SMP系統(tǒng)具有出色的抗疲勞性，并且可以重復(fù)
加載超過(guò)10000次。
機(jī)械強(qiáng)度高且可紫外線固化的SMP的開(kāi)發(fā)顯著改善了基于SMP的4D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，從而使其可用于航空航天，智能家具和軟機(jī)器人等工程應(yīng)用。
相關(guān)論文以題為發(fā)表在《Advanced
Materials》上
。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1
強(qiáng)機(jī)械的
tBA-AUD SMP，用于基于DLP的4D打印。
a）高度可拉伸的tBA-AUD SMP狗骨樣品的形狀記憶周期快照。b）基于DLP的3D打印設(shè)備的示意圖。c）用tBA–AUD SMP印刷的寬度為2 μm的網(wǎng)格圖案的顯微圖像。d）用tBA–AUD SMP印刷的開(kāi)爾文泡沫。e）通過(guò)拉伸開(kāi)爾文泡沫來(lái)證明形狀記憶效果。f）通過(guò)壓縮和折疊開(kāi)爾文泡沫來(lái)證明形狀記憶效果。
圖2
tBA-AUD SMP前體溶液的詳細(xì)信息和特性。
a）用于制備tBA-AUD SMP前體溶液的AUD，tBA，IBOA和TPO的詳細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 《AM》浙江大學(xué)謝濤：超分子形狀記憶聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)的自主非平衡變形途徑
對(duì)于
形狀記憶聚合物
(SMP)
，它從臨時(shí)形狀恢復(fù)到永久形狀通常需要外部刺激并遵循單一固定路線。
最近
，
浙江大學(xué)
謝濤教授
團(tuán)隊(duì)
將
共價(jià)交聯(lián)的 SMP 設(shè)計(jì)為在網(wǎng)絡(luò)中具有充足的脲基嘧啶酮 (UPy) 超分子部分。UPy 單元賦予 SMP 強(qiáng)烈的時(shí)間-溫度依賴性，這被探索為一種自主變形路徑的
時(shí)空編程機(jī)制。特別是，數(shù)字控制光熱加熱的使用通過(guò)非平衡機(jī)制提供了控制的多功能性。此外，
其玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程中的冷卻/加熱為其時(shí)間變形引入了鎖定/解鎖機(jī)制
。這些
獨(dú)特功能的好處通過(guò)多形狀轉(zhuǎn)換、“隱形”基于顏色的時(shí)鐘、時(shí)間
-溫度指示器和序列可編程 4D 打印得到證明。
相關(guān)論文以題為
Autonomous Off-Equilibrium Morphing Pathways of a Supramolecular Shape-Memory Polymer
發(fā)表在《
A
dvanced Materials
》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1
聚合物網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)設(shè)計(jì)、編程原理和熱機(jī)械性能
。
a) 合成中使用的單體的分子結(jié)構(gòu)。b) 網(wǎng)絡(luò)中的化學(xué)交聯(lián)和氫鍵物理交聯(lián)。c) 編程原理的機(jī)械說(shuō)明。d) 消除 150 °C 熱歷史后聚合物的 DMA 曲線。e) 在 25 °C 下以不同應(yīng)變率獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖2
通過(guò)控制變形
/編程溫度來(lái)設(shè)計(jì)自主變形路徑。
a) 應(yīng)變恢復(fù)動(dòng)力學(xué)對(duì)變形溫度的依賴性。b)不同變形溫度下獲得的回復(fù)率（25°C 下 60 分鐘）。c) 在不同條件（溫度和時(shí)間）下變形的樣品達(dá)到完全恢復(fù)所需的時(shí)間。d) 油墨印刷聚合物樣品的自主恢復(fù)路徑。
展開(kāi) 4D打印形狀記憶牙齒矯正器來(lái)了，1副4D牙套=10副3D牙套
2022年2月11日，南極熊獲悉，來(lái)自德國(guó)、埃及和阿聯(lián)酋的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型的4D打印透明牙齒矯正器，與目前市場(chǎng)上的矯正器不同，它是由形狀記憶聚合物制成的，具有"4D "形狀記憶功能。
據(jù)了解，他們開(kāi)發(fā)的正畸裝置使用Kline Europe的透明ClearX樹(shù)脂，采用DLP工藝3D打印而成，一旦戴到用戶的嘴里就會(huì)變軟，能夠適應(yīng)、抓緊和重新定位錯(cuò)位的牙齒。到目前為止，這種矯正器不僅具有生物相容性，而且證明能夠隨著時(shí)間的推移可預(yù)測(cè)地改變特性，有可能成為當(dāng)前透明牙套的理想替代品。
△研究人員認(rèn)為，他們的牙齒矯正器可以大大降低矯正器生產(chǎn)的相關(guān)成本，圖片來(lái)自Prodways
4D牙齒矯正器的好處
當(dāng)前的矯正器由不同類型的聚合物制成，例如聚乙烯材料、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯和聚氨酯。這種矯正器的工作原理是，通過(guò)編程設(shè)計(jì)牙齒的位置與實(shí)際牙齒位置之間的偏差，來(lái)控制牙齒移動(dòng)。在市場(chǎng)上大多數(shù)流行的矯正器系統(tǒng)中，每個(gè)矯正器只能使牙齒移動(dòng) 0.2 到 0.3 毫米，或每次旋轉(zhuǎn)1°至3°，每個(gè)矯正器要佩戴大約 14 天，然后更換下一副矯正器。因此，牙齒的矯正周期很長(zhǎng)，而且成本很高，一般需要幾萬(wàn)元。
△視頻：當(dāng)前商業(yè)化隱形牙套矯正牙齒的過(guò)程
新矯正器材料的引入引起了研究人員的關(guān)注。形狀記憶聚合物 (SMP) 是最近引入牙科領(lǐng)域的新型材料之一，特別是用于正畸應(yīng)用。它們?yōu)獒t(yī)療材料的應(yīng)用提供了巨大的潛力。
四維打印（4D打印）技術(shù)是基于形狀記憶材料的3D打印。顯然，在給定的環(huán)境條件下，4D 打印部件具有隨時(shí)間（第四維度）改變形狀的能力。隨著形狀記憶聚合物材料的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)中的新 4D 打印應(yīng)用有望增長(zhǎng)。研究人員將 4D 技術(shù)引入正畸矯正器的制造中。
展開(kāi) 
南科大葛锜/西工大張彪AM：一種用于光固化4D打印的超高力學(xué)性能形狀記憶高分子材料
該項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)了適用于DLP打印的大變形-抗疲勞形狀記憶聚合物光敏樹(shù)脂，可以滿足各類4D打印工程應(yīng)用對(duì)先進(jìn)智能材料的高斷裂應(yīng)變、高抗疲勞能力、高承載能力和適應(yīng)于先進(jìn)制造工藝等的綜合要求。
西北工業(yè)大學(xué)張彪副教授、南方科技大學(xué)博士后李紅庚和博士生程健翔為論文共同第一作者。葛锜副教授為論文的通訊作者，南方科技大學(xué)為唯一通訊單位。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市仿生機(jī)器人與智能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省普通高校人體增強(qiáng)與康復(fù)機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和陜西自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298
來(lái)源：南方科技大學(xué)
相關(guān)進(jìn)展
南科大/浙大團(tuán)隊(duì)《Sci. Adv.》：在3D打印水凝膠-高分子復(fù)合結(jié)構(gòu)方面取得重要研究進(jìn)展
《Nat. Commun.》：形狀記憶聚合物的亞微米尺度4D打印
北京大學(xué)方岱寧院士課題組與佐治亞理工齊航教授課題組《AFM》：氣動(dòng)多材料4D打印形狀記憶氣球結(jié)構(gòu)
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哈工大冷勁松教授團(tuán)隊(duì)《Adv. Funct. Mater.》：在4D打印形狀記憶聚合物心臟封堵器上取得新進(jìn)展
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展開(kāi) 4D打印形狀記憶聚合材料，已到豬狗以及人的實(shí)驗(yàn)
專家點(diǎn)評(píng)
裴國(guó)獻(xiàn)：冷教授，我覺(jué)得這個(gè)工作非常有價(jià)值，您剛才提的幾個(gè)病例、用的方位我們都有體會(huì)，形狀記憶合金80、90年代骨科臨床做的非常多了，做的最多是長(zhǎng)海醫(yī)院張教授，你這個(gè)工作，你談了4D打印，那么與3D打印，與傳統(tǒng)形狀記憶合金有什么不同。
冷勁松：它不是合金是聚合物，能降解是聚合物，傳統(tǒng)心臟支架都是金屬，什么是聚合物，塑料杯子就是聚合物，我們做的不是形狀記憶合金，是形狀記憶聚合物，聚合物本身可以降解，跟可降解材料一樣，我們材料除了可降解功能求可以自己控制變形。
我們把聚合物加上纖維做成復(fù)合材料之后，控制磁場(chǎng)控制變形，或者加上碳纖維。4D和3D的區(qū)別，3D打印東西是打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)，4D是你打的復(fù)雜結(jié)構(gòu)能變，變成你需要的形狀。金屬也可以變，金屬不能打印，記憶合金打印不出來(lái)3D的東西，記憶金屬降解非常難，我們的特點(diǎn)一個(gè)是聚合物可以變形，而且是大變形，記憶合金變形兩8%到12%，聚合物600%，聚合物跟金屬不一樣可以降解，金屬怎么控制它？金屬在人體血管里靠超彈性自己彈開(kāi)。聚合物控制方式很多，我們可以加熱放在熱水里面，可以加磁場(chǎng)，可以光照，可以放在人體血液里面，人體血液70%是水，溫度不變，水自己可以讓它變形，就是這個(gè)材料可以變形。
裴國(guó)獻(xiàn)：骨頭那一塊你的思路特別好，采用微創(chuàng)的技術(shù)植入進(jìn)去，里面經(jīng)過(guò)體內(nèi)溫度變化可以膨脹，但是骨缺損修復(fù)一定要支撐，膨大之后。
冷勁松：承受力沒(méi)有問(wèn)題的，我們文章已經(jīng)要發(fā)表了，我們也做過(guò)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，跟金屬骨組織支架相比是沒(méi)有問(wèn)題的，同時(shí)我們這個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)置成多孔的結(jié)構(gòu)。
裴國(guó)獻(xiàn)：我不是挑毛病，我提一下，撐開(kāi)以后有力學(xué)強(qiáng)度不行，骨細(xì)胞長(zhǎng)進(jìn)去，核材料怎么樣，這個(gè)你們要做。進(jìn)去以后材料支撐自身細(xì)胞的生長(zhǎng)這個(gè)你們要關(guān)注。
冷勁松：您說(shuō)的對(duì)，我們的材料跟細(xì)胞兼容性、生長(zhǎng)正在做這個(gè)東西，而且現(xiàn)在我們有一個(gè)好處，這個(gè)上面可以載藥，讓藥釋放出來(lái)。
展開(kāi) 華東理工大學(xué)田禾院士團(tuán)隊(duì)在DNA形狀記憶/自愈合水凝膠領(lǐng)域研究中取得重要進(jìn)展
近日，華東理工大學(xué)費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心田禾院士團(tuán)隊(duì)與以色列耶路撒冷希伯拉大學(xué)Itamar Willner院士團(tuán)隊(duì)在DNA形狀記憶/自愈合水凝膠領(lǐng)域研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Multi-triggered Supramolecular DNA/Bipyridinium Dithienylethene Hydrogels Driven by Light, Redox, and Chemical Stimuli for Shape-Memory and Self-Healing Applications”為題，發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Journal of the American Chemical Society上。
在生物醫(yī)藥、組織工程、感應(yīng)器等諸多領(lǐng)域均有應(yīng)用的水凝膠與DNA納米科技的結(jié)合一直是兩團(tuán)隊(duì)合作研究的重點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)在此次合作研究中首次嘗試引入二噻吩乙烯類光控開(kāi)關(guān)，以光作為一個(gè)非侵入性、無(wú)污染的響應(yīng)信號(hào)，調(diào)控DNA功能水凝膠的物理化學(xué)性能。該研究以羥甲基纖維素（CMC）構(gòu)建水凝膠骨架，在CMC上修飾電子供體多巴胺與可進(jìn)行自雜交的G四鏈體。與以往同時(shí)在聚合物上修飾電子受體的思路不同，此次研究大膽采用了將二噻吩乙烯作為游離的單體加入，利用二噻吩乙烯與多巴胺的供體-受體作用作為水凝膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的“第一橋梁”，G四鏈體的雜交作為“第二橋梁”。通過(guò)二噻吩乙烯橋梁與核酸橋梁的共同作用，合成了解離與成膠可逆調(diào)控的多響應(yīng)水凝膠（光、氧化還原、離子）。
本研究也對(duì)該多響應(yīng)水凝膠在形狀記憶與自愈合功能，以及在可控自愈合功能領(lǐng)域的性能與應(yīng)用進(jìn)行了探索。作為一種智能材料，在某種特定的刺激下，形狀記憶聚合物可以做到從一種形狀到另一種形狀的轉(zhuǎn)換。在相反的刺激下，聚合物又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的形狀，好像存在著“記憶”一樣。
展開(kāi) 活性材料和結(jié)構(gòu)成為熱點(diǎn)，形狀記憶材料逐步成熟
SMA填充機(jī)翼前緣縫道,改善氣流降低噪聲
2018年，NASA與德州農(nóng)工大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了通過(guò)形狀記憶合金降低亞音速和超音速飛機(jī)舵面噪聲的研究。對(duì)于傳統(tǒng)的飛機(jī)而言，在低速飛行階段，控制面會(huì)帶來(lái)大量噪聲，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種基于形狀記憶合金的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，用于改善控制面周圍的氣流。雙方共同研制了“縫道填充材料”形狀記憶合金，對(duì)傳統(tǒng)縫翼進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并完成了流體-結(jié)構(gòu)全耦合分析計(jì)算，如下圖所示。該形狀記憶合金可填充前緣縫翼后的空隙，從而減少局部湍流和輻射噪聲，同時(shí)，還能根據(jù)需要產(chǎn)生變形從而確保縫翼能夠完全收起。
該團(tuán)隊(duì)還與布里斯托爾大學(xué)合作，在2018年3月至4月首次展示了復(fù)合材料和形狀記憶合金在解決飛機(jī)噪聲問(wèn)題上的可行性。
關(guān)于超聲速飛行，NASA和洛克希德·馬丁公司共同研發(fā)的安靜超聲速技術(shù)驗(yàn)證機(jī)X-59 QueSST可以降低在特定大氣條件下超聲速飛行時(shí)地面接收到的噪聲。在NASA的支持下，2018年6月，德州農(nóng)工大學(xué)和猶他州的研究人員研究發(fā)現(xiàn)，由于不同地區(qū)大氣條件的變化，音爆強(qiáng)度也會(huì)有所差別，一天內(nèi)不同時(shí)間段、不同地區(qū)音爆強(qiáng)度的變化超過(guò)10分貝。2019年，研究團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)具體的變形概念，可在不考慮條件影響的同時(shí)降低音爆。同樣是在2018年6月，NASA和波音公司分別開(kāi)展獨(dú)立試驗(yàn)，證明了大型變形結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性，試驗(yàn)中，大型形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的扭矩能夠達(dá)到564牛米（N·m），可以在實(shí)際飛行載荷下驅(qū)動(dòng)F/A-18大黃蜂的全尺寸翼段。按計(jì)劃，2018年底將研制一臺(tái)更大的形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)力矩將達(dá)到2260牛米。
來(lái)源：航空工業(yè)發(fā)展中心
作者：宋剛
展開(kāi) 