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形狀記憶高分子是一類遇到外部刺激能夠從臨時(shí)形狀恢復(fù)至初始形狀的智能材料。目前該類材料多數(shù)為人工合成型。摻雜天然蛋白成分的共聚物及純天然蛋白材料型（鳥類羽毛）最近被報(bào)道有明顯刺激響應(yīng)特征。而自然界廣泛存在的型角蛋白纖維材料在多重形狀記憶特性及機(jī)理研究方面卻很少有報(bào)道，這也引起了智能材料研究者的極大興趣。 

幾千年來，動(dòng)物毛發(fā)僅被人類用作保暖并時(shí)尚的紡織纖維材料，并未注意其特有的功能特性。 直到最近，香港理工大學(xué)胡金蓮教授課題組發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物毛發(fā)極有可能對(duì)多種外界因素實(shí)現(xiàn)形狀記憶響應(yīng)。他們比較了三類毛發(fā)，發(fā)現(xiàn)駝毛的針毛由于其特有的結(jié)構(gòu)和組成成分，可以對(duì)水和氧化還原試劑有明顯的形狀記憶特性，形狀回復(fù)率高達(dá)80%。而對(duì)熱和紫外線有一定程度的記憶效果，記憶能力略低于水和氧化還原試劑。外界刺激的四重響應(yīng)形狀記憶效果如圖去1所示。

圖1 駝毛對(duì)四重外界刺激的形狀記憶效果

研究人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物毛發(fā)有三類結(jié)構(gòu)成分決定了它們對(duì)外界的多重記憶效果，即毛發(fā)內(nèi)部的結(jié)晶、二硫鍵和氫鍵。對(duì)于探索的四類外界刺激，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)始終穩(wěn)定。而對(duì)于水和熱響應(yīng)，氫鍵是可逆變化的；對(duì)于紫外線，只有二硫鍵發(fā)生了可逆變化；而對(duì)于氧化還原試劑，則二硫鍵和氫鍵都發(fā)生了可逆反應(yīng)。因此，他們提出了一套理想化模型，即雙節(jié)點(diǎn)-雙開關(guān)模型，如圖2所示，將動(dòng)物毛發(fā)的四重記憶效果抽象出來，基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)以期能夠仿生出更為適應(yīng)環(huán)境的智能人造纖維材料，為豐富單一合成纖維不同形狀記憶能力和仿生開發(fā)更智能的合成纖維提供了借鑒和指導(dǎo)意義。這一研究對(duì)于開發(fā)醫(yī)用智能材料和器械指明了方向，例如，利用多重形狀記憶能力的纖維制備的矯形器械通過不同刺激矯形來緩解矯形過程中給患者帶來的痛苦，目前中科院和深圳某些醫(yī)療科技等單位和公司已對(duì)此項(xiàng)研究的應(yīng)用擴(kuò)展表達(dá)了濃厚的興趣。

圖2 動(dòng)物毛發(fā)的四重形狀記憶模型圖

  參考文獻(xiàn)：X Xiao et al, Polym. Chem., 2016, DOI: 10.1039/C6PY01283C

  文章作者：肖學(xué)良