近日，我校化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心曲大辉教授团队在形状记忆功能聚合物材料研究中取得新进展，相关研究成果以“Mechanically Interlocked [c2]Daisy Chain Backbone Enabling Advanced Shape-Memory Polymeric Materials”为题发表于Nature Communications。
自然中的一些生物为了适应环境的变化，可以根据特定的环境变化调整其形状，并在环境稳定时恢复原状。例如，含羞草的叶片在受到触碰时会向内折叠，经过一段时间后其叶片恢复初始形状。为了模拟此类独特的形状记忆现象，近年来，化学家们致力于将分子结构的动态性进行跨尺度传递，构筑具备优异形状记忆功能的仿生材料。
曲大辉教授团队长期围绕机械键从事动态智能高分子材料的研究工作。机械键是一类两个（或以上）分子进行空间纠缠的拓扑键合方式，兼具共价键的稳固性与非共价相互作用的动态性，近年来，其作为分子机器的主要骨架结构受到广泛关注和研究。其中，[c2]雏菊链由同时带有主体大环和客体识别位点的单体通过主客体作用互相穿插而形成，其特殊的机械互锁拓扑结构可作为天然的交联点嵌入到聚合物材料中，用于构建在特定刺激下进行伸缩运动的“分子肌肉”，赋予材料一些意想不到的功能。
近期，该研究团队以[c2]雏菊链结构作为聚合物网络的动态单元，通过共价交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯单体与[c2]雏菊链机械互锁组装体的光诱导硫烯点击反应构筑了一种超分子形状记忆聚合物DCSM，其表现出优异的形状固定率（Rf）、形状恢复率（Rr）以及形状记忆抗疲劳特性。通过控制温度可形成多种临时形状，并能够在特定的温度下完全恢复至其永久形状。通过对照实验，作者系统研究了基于二苯并24-冠-8的[c2]雏菊链的机械互锁拓扑结构与形状记忆功能的构效关系，发现该类空间互锁结构有助于提高聚合物玻璃化转变温度，这对熵驱动形状记忆效应至关重要。同时，机械互锁拓扑结构极大地提高了聚合网络的机械性能，并显著增强了材料的形状恢复性能和抗疲劳特性，这一发现可为高性能动态智能材料的性能定制提供了重要依据。
图片说明：材料的制备及其形状记忆功能
该论文第一作者为我校化学学院博士研究生周尚武，通讯作者为曲大辉教授和顾睿锐特聘副研究员。该研究工作得到了田禾院士的悉心指导，并得到了国家自然科学基金委、上海市科技重大专项、上海市科学技术委员会、上海市教委科研创新计划、上海市浦江计划、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等资金支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45980-y