彈性體材料在工業、醫療和日常生活等方面都有廣闊的應用前景。目前迫切需要堅韌、可回收且可降解的下一代彈性體，但其制備仍然是一個嚴峻的挑戰。為此，本工作設計并制備了一種基于聚己內酯(PCL)的聚氨酯彈性體。由于動態配位鍵的存在和應變誘導結晶的發生，得到的彈性體具有~372 MJ m-3的高韌性和~646 kJ m-2的斷裂能，遠高于天然橡膠。此外，彈性體可以使用溶劑回收至少三次而不損失其機械性能，并且可以在脂肪酶中降解。同時，獲得的材料具有良好的生物相容性，在作為縫合線使用時可以促進小鼠的傷口愈合。該材料有望用于生物醫學、柔性電子、機器人等新興領域。
為了制備該彈性體材料，作者主要考慮了兩個因素。一、選擇PCL作為聚合物骨架。PCL是一種可降解的、具有良好生物相容性的聚合物。此外，它的易結晶性使其能夠在材料拉伸過程中構建結晶區來延遲材料本體的斷裂，提高材料性能。二、選擇Fe3+與原兒茶醛(PA，擴鏈劑)配位相互作用作為動態交聯點。Fe3+與PA的配位相互作用具有高強度、生物相容性和易制備性，可以在保留聚合物的加工性的同時提供高其力學性能。最終，作者獲得了一種具有高強度、可回收且可降解的PCL基聚氨酯彈性體(PCL-PA-Fe)。整個合成如圖1所示。
圖1. PCL-PA-Fe的制備過程。
首先，作者對所制備的材料進行了結構和性能表征（圖2）。由于強配位鍵的存在，相較于無配位結構的彈性體PCL-PA，PCL-PA-Fe的力學性能有了明顯的提升。AFM測試結果也說明材料強度在引入配位鍵后明顯增強。為了進一步分析其良好的機械性能，作者對材料進行了XRD和SAXS的結構表征，發現材料中存在相分離結構且還存在少量的PCL小結晶，在拉伸過程中，相分離結構會被破壞，其中主要包括分子鏈的解纏，配位鍵硬段團簇以及原始的PCL小結晶結構的破壞，隨著拉伸形變的增大，彈性體的應變誘導結晶程度逐步增強，取向結構更加明顯，因此具有強大的能量耗散體系。
圖2. PCL-PA-Fe的力學性能和結構表征。
最后，PCL-PA-Fe具有良好的生物相容性，可以應用在傷口修復上。作者以小鼠作為實驗模型，以PCL-PA-Fe彈性體線作為手術線，并對小鼠的傷口恢復情況進行了檢查。從第7天和第14天的組織樣本可以看出，第7天PCL-PA-Fe縫合的傷口均結痂并且痂下形成了完整的表皮，而對照組醫用縫合線（天然蠶絲）縫合的傷口還未形成完整表皮，并且能看到傷口處的斷裂，還未完全被膠原纖維填充；第14天所有組傷口都已愈合，但是PCL-PA-Fe手術線組新生皮膚更加平整，膠原纖維排列也更加致密規則。這說明使用PCL-PA-Fe縫合能夠促進傷口愈合，使縫合更加緊湊。
圖3. PCL-PA-Fe作為手術線促進傷口恢復的應用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202210092
