Nature重磅：5篇最新高分子材料綜述

　　Nature官網(wǎng)在線(xiàn)之前發(fā)布5篇與高分子材料相關(guān)的綜述：1、來(lái)自可再生資源的可持續性聚合物;2、具有自主生命周期控制的聚合物;3、作為3D打印的軟材料; 4、塑料生物電子學(xué)的興起 ;5、仿生聚合物在生物醫學(xué)上的應用。

　　1、來(lái)自可再生資源的可持續性聚合物

　　圖1 從不同的植物油中提取的可持續性聚合物

　　近年來(lái)，像二氧化碳、萜烯、植物油和碳水化合物等可再生資源被越來(lái)越多地應用于聚合物合成領(lǐng)域，用以制備包括彈性體、水凝膠、樹(shù)脂基復合材料等可持續材料和產(chǎn)品。而催化劑高效的催化作用對于單體的合成、選擇性聚合反應的促進(jìn)以及廢棄材料的循環(huán)利用都具有十分重要的意義。因此可持續聚合物材料具有很好的應用前景。

　　牛津大學(xué)的Charlotte K.Williams等人對利用可再生資源制備的可持續性聚合物做出了詳細的綜述。利用可再生資源生產(chǎn)的聚合物，其性能十分優(yōu)越，但生產(chǎn)過(guò)程仍存在諸多挑戰，例如成本高，耐用性不足等問(wèn)題。研究人員還對可持續聚合物的前景做了展望：可再生原料制備的可持續聚合物將在生態(tài)材料領(lǐng)域占有重要的地位，因此，人們需要將廢棄物進(jìn)行更有效的回收利用或者生物降解。

　　圖2 綜述總覽圖

　　文獻鏈接：Sustainable polymers from renewable resources ( Nature， 2016， DOI： 10.1038/nature 21001 )

　　2、具有自主生命周期控制的聚合物

　　圖3 具有自動(dòng)修復功能的聚合物材料的多尺寸策略

　　人造材料的壽命主要受日常使用的磨損、環(huán)境壓力以及意外損害而導致報廢。人工智能材料能夠通過(guò)模仿生命體系的自愈、報告、愈合甚至再生組織等功能來(lái)應對損傷所造成的影響，從而增加其壽命、安全以及可持續性。目前，研究人員已經(jīng)成功研發(fā)了幾種基于聚合物來(lái)實(shí)現這些功能的方法，但在實(shí)際應用中仍然具有挑戰性。

　　基于高分子材料良好的自愈、傳感和報告等屬性，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)貝克曼先進(jìn)科學(xué)與技術(shù)研究所的Jason F. Patrick等人綜述了如何開(kāi)發(fā)具有生命周期的功能高分子材料，并概述了其基本性能標準和材料設計原則，以此來(lái)指導開(kāi)發(fā)實(shí)際應用的體系。除了取代現有的某些材料，將自修復聚合物結合醫學(xué)治療也給產(chǎn)品設計師提供了新的思路。未來(lái)的目標是實(shí)現整個(gè)聚合物生命周期的自主控制，而現在該領(lǐng)域所面臨的挑戰是：需要通過(guò)提供智能、安全、性能更持久的材料來(lái)改善可持續性的問(wèn)題。

　　圖4 綜述總覽圖

　　文獻鏈接：Polymers with autonomous life-cycle control ( Nature， 2016， DOI： 10.1038/nature21002 )

　　3、作為3D打印的軟材料

　　圖5 通用光基和墨基的3D打印技術(shù)

　　無(wú)需昂貴的工具、模具或印刷石板，光基或是墨基的三維(3D)打印就能夠進(jìn)行快速設計并制備出所需的材料。受生物學(xué)啟發(fā)，研究人員開(kāi)發(fā)的疊加式制造(包括廣泛的基于光基/墨基的印刷技術(shù)，能夠實(shí)現數字化設計和制造對象的三維(3D)化)正在改變先進(jìn)材料的進(jìn)展。與傳統模具的制造方法相比，數字化裝配可以在計算機的輔助下根據需要迅速地設計出復雜的三維對象。

　　哈佛大學(xué)的Ryan L. Truby和Jennifer A. Lewis對此做了綜述并展望其擁有十分廣闊的應用前景：將軟物質(zhì)引入光基和墨基3D打印技術(shù)，其功能主要在于增強了印刷速度和不同材料的集成能力。數字設計和疊加式制造的技術(shù)融合，加速了三維四維印刷技術(shù)的發(fā)展，而該方法也越來(lái)越受到科研界以及世界各地的工業(yè)設計師和工程師的關(guān)注。然而，目前的3D打印技術(shù)仍然存在制備時(shí)間長(cháng)、成本高、可擴展性差等缺點(diǎn)。因此必須開(kāi)發(fā)新型3D打印機，使其能夠高速地連續生產(chǎn)。

　　圖6 綜述總覽圖

　　文獻鏈接：Printing soft matter in three dimensions ( Nature， 2016， DOI：10.10.38/nature21003 )

　　4、塑料生物電子學(xué)的興起

　　圖7 塑料生物電子的多樣性

　　生物電子塑料主要是通過(guò)聚合物內部結構的優(yōu)勢，然后結合軟體有機電子器件，從而能夠應用于生物和電子表面。該電子材料設備柔軟、可伸縮且能夠機械調整。在生物系統中，可穿戴和可植入是其最重要的特點(diǎn)。目前的研究重點(diǎn)在于改善這些設備，以使電子與生物界面盡可能無(wú)縫連接。但當前的許多醫療植入物和設備，如心臟起搏器、心電圖傳感器和智能內窺鏡均依賴(lài)于硅微電子技術(shù)，其電子模塊的大小使其僅能夠被用于單點(diǎn)健康監測。

　　來(lái)自日本東京大學(xué)的Takao Someya等人對應用于生物領(lǐng)域的軟電子材料的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述并探討了其未來(lái)的發(fā)展和挑戰。研究人員強調了聚合物電子材料與無(wú)機電子材料高效的協(xié)同效應。塑料生物電子學(xué)的終極目標是人和機器之間的雙向無(wú)縫連接。塑料與無(wú)機材料之間的協(xié)同效應以及高性能無(wú)機材料混合設備將加速擴大生物電子學(xué)的發(fā)展?；蛟S某天，仿生界面和與生物電子塑料作為身體的一部分將會(huì )成為一種常態(tài)。

　　圖8 綜述總覽圖

　　文獻鏈接：The rise of plastic bioelectronics ( Nature， 2016， DOI：10.1038/nature21004 )

　　5、仿生聚合物在生物醫學(xué)上的應用

　　圖9 仿生材料在組織粘合劑和涂料上的應用

　　通過(guò)模仿自然，大量的仿生材料不斷地沖擊著(zhù)我們的想象力。隨著(zhù)人們對生物學(xué)的理解和工程能力的發(fā)展，生物材料可以同時(shí)具備更加復雜的化學(xué)生物特性來(lái)實(shí)現具體的治療效果。其中，通過(guò)模仿生物界面組織來(lái)設計聚合物從而實(shí)現治療具有十分重要的意義。

　　美國約翰霍普金斯大學(xué)醫學(xué)院的Jordan J. Green 和 Jennifer H. Elisseeff綜述了如何將這些仿生聚合物應用于生物的各種組織及界面。高分子材料可以用來(lái)模擬局部組織屬性、化學(xué)成分和力學(xué)性能等。研究人員還希望材料具有活躍的生物傳感功能，并且能夠刺激周?chē)h(huán)境。然而，在臨床應用中，利用仿生聚合材料治療異常病變的病人依舊非常復雜且難以控制，這將是未來(lái)仿生聚合物發(fā)展的一大挑戰。

　　圖10 綜述總覽圖

　　文獻鏈接：Mimicking biological functionality with polymers for biomedical applications( Nature， 2016， DOI：10.1038/nature21005 )