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       本文报道了一种基于数字光处理（DLP）技术的4D打印胶束增强形状记忆聚合物体系，通过引入自组装的Pluronic F127-DA纳米胶束作为交联节点，实现了材料在温和生理条件下的快速形状恢复与高回复力。所得聚合物在37 °C和水环境下可自主触发形变恢复，回复应力高达约150 kPa，可有效用于微创血管支架的体温激活展开。该研究为个体化可降解植入器械的快速制造提供了新思路。

随着可植入支架在心血管重建、腔道通畅与组织修复中的广泛应用，如何在微创植入后实现精准、自主展开成为关键科学问题。传统金属或热触发形状记忆聚合物支架，往往存在加工复杂、力学匹配差、激活条件苛刻等局限。4D打印技术的引入，使支架结构在时间维度上具备“自适应”能力，为个体化植入开辟了新方向。

基于这一背景，西北工业大学柔性电子研究院张彪副教授团队提出了一种双刺激响应（温度/水分）的胶束增强形状记忆聚合物体系。研究人员通过丙烯酸酯化的Pluronic F127-DA（PF127-DA）并在水相体系中诱导其形成约25 nm的自组装胶束，使其在3D打印前驱液中既充当物理交联点，又在固化过程中增强力学性能与弹性回复。结合DLP高分辨率打印技术，团队实现了结构精细、力学稳健的个性化支架制备（图1）。

图1 胶束增强4D打印聚合物支架体系的设计与工作原理示意图。a) DLP打印与热编程、植入和体温触发恢复过程示意；b) PF127-DA胶束增强网络结构；c) 主要化学组成与反应单体结构式；d) 体系的主要特性与应用场景展示。

团队系统研究了PF127-DA胶束的形成行为及其在力学增强和打印适配中的作用。PF127-DA是一种具有亲水-疏水嵌段结构的聚合物，可在水相体系中自组装为稳定纳米胶束。胶束均匀分布于聚合物网络中，在光固化过程中作为柔性物理交联节点，提升体系的结构致密性与能量耗散能力，使材料在高应变和反复加载下仍保持优异的强度、韧性与抗疲劳性。

图2 PF127-DA胶束的形成与力学增强效应。a) 不同含水量和温度下的胶束粒径分布；b) 不同配比体系中PF127-DA胶束尺寸变化；c) TEM图像显示球形胶束结构；d) SAXS证实含水体系中形成有序胶束结构；e) 打印样品的拉伸性能；f)动态力学分析（DMA）揭示胶束引入后的模量提升。

此外，研究发现，PF127-DA胶束的引入不仅改善了体系的力学性能，还显著优化了前驱液的光学与流变特性，使其更适配于DLP打印过程。胶束的均匀分布有效调节了前驱液的黏度与光穿透深度，使光固化过程更加稳定；同时，胶束界面能够分散光能并抑制局部聚合过度，显著提升了打印的成型精度与层间结合质量。所得打印样品表面平整、细节清晰。

图3 胶束增强体系的打印适配性与结构稳定性。a)吸光剂用量对光固化深度的影响；b )方格栅结构打印样展示高分辨率成型能力；c) 显微图显示打印结构边界清晰；d )不同单体配比下样品的体积稳定性；e )复杂构件的热编程与形变稳定性展示。

通过配方调控，团队进一步构建了一个兼具胶束增强、可打印性与形状记忆性能的可调体系，为4D打印在柔性植入器械中的实现奠定基础。在体温与水分双刺激条件下，所制备的聚合物体系表现出显著的形状记忆效应。材料在生理环境中可快速完成形状恢复，具有高恢复率与良好可控性。这种“体温–溶胀协同”机制，使得支架无需额外外场刺激即可在温和条件下自主展开。

图4 胶束增强形状记忆聚合物的形状恢复行为。a )编程与恢复过程示意；b) 不同温度及介质下的恢复性能对比；c) 动态模量变化反映网络恢复过程；d–e) 材料在不同体系中的溶胀与质量变化；f )体温环境下结构的可视化形状恢复。

进一步的性能测试表明，该体系可在37 °C PBS环境下实现快速形状恢复并产生稳定的恢复力，能够驱动支架在血管模型中自主扩张并恢复通道。细胞实验结果显示，材料对NIH/3T3成纤维细胞具有良好生物相容性，细胞活性与形态均保持正常，验证了其体内外应用潜力。

图5 胶束增强形状记忆聚合物的回复力测试与应用验证。a) 形状恢复过程中的应力与温度变化曲线；b) 不同环境下的恢复性能对比；c)生理温度激活过程曲线；d)细胞存活染色结果；e)细胞活性评价；f–g) 血管模型中材料体温触发的自扩张过程展示。

结果表明，该体系中的胶束结构能够长期稳定存在于聚合物网络中，显著提升力学强度与形变恢复能力，并保证了打印结构的高精度与可控响应。通过材料组分与网络结构的优化，团队成功构建了兼具胶束增强效应、优异打印性能与生理响应特性的4D打印形状记忆聚合物，为可降解微创植入器械的设计与应用提供了新的材料平台。

该工作由刘福康博士研究生和鲁喆博士研究生为共同第一作者，张彪副教授为通讯作者。研究成果以“4D Printing Micelle-enhanced Shape Memory Polymer for Minimally Invasive Implant”为题，发表于Chinese Journal of Polymer Science。

Citation

Liu, F. K.; Lu, Z.; Cui, J. J.; Guo, Y. L.; Liang, C.; Feng, S. W.; Wang, Z. X.; Mao, Z. J.; Zhang, B. 4D printing micelle-enhanced shape memorypolymer for minimally invasive implant. Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 1991–1999DOI：10.1007/s10118-025-3423-6