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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形狀恢復至初始形狀的智能材料。目前該類材料多數為人工合成型。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）最近被報道有明顯刺激響應特征。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理研究方面卻很少有報道，這也引起了智能材料研究者的極大興趣。 

幾千年來，動物毛發僅被人類用作保暖并時尚的紡織纖維材料，并未注意其特有的功能特性。 直到最近，香港理工大學胡金蓮教授課題組發現，動物毛發極有可能對多種外界因素實現形狀記憶響應。他們比較了三類毛發，發現駝毛的針毛由于其特有的結構和組成成分，可以對水和氧化還原試劑有明顯的形狀記憶特性，形狀回復率高達80%。而對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形狀記憶效果如圖去1所示。

圖1 駝毛對四重外界刺激的形狀記憶效果

研究人員通過實驗發現，動物毛發有三類結構成分決定了它們對外界的多重記憶效果，即毛發內部的結晶、二硫鍵和氫鍵。對于探索的四類外界刺激，發現結晶結構始終穩定。而對于水和熱響應，氫鍵是可逆變化的；對于紫外線，只有二硫鍵發生了可逆變化；而對于氧化還原試劑，則二硫鍵和氫鍵都發生了可逆反應。因此，他們提出了一套理想化模型，即雙節點-雙開關模型，如圖2所示，將動物毛發的四重記憶效果抽象出來，基于毛發結構以期能夠仿生出更為適應環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更智能的合成纖維提供了借鑒和指導意義。這一研究對于開發醫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療科技等單位和公司已對此項研究的應用擴展表達了濃厚的興趣。

圖2 動物毛發的四重形狀記憶模型圖

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

  文章作者：肖學良