热塑性聚氨酯(TPU)凭借优异的力学性能和生物相容性,在生物医学工程、柔性电子、智能驱动等领域应用广泛。但传统TPU在满足日益增长的力学性能需求和实现原材料可再生目标之间始终难以找到最优解,这成为制约其持续发展的关键瓶颈。因此,开发高性能生物基聚氨酯弹性体,已成为可持续聚合物领域的关键科学问题。
中国科学技术大学傅尧教授团队从韧带的梯度结构中获取灵感,提出动态氢键诱导约束效应(DHBCE)的创新分子工程策略,成功合成新型超强韧生物基呋喃类聚氨酯弹性体(PFPU)。生物基聚三亚甲基醚二醇(PO3G)作为软相,赋予弹性体超延展性(类似韧带胶原纤维)。2,5-呋喃二甲酰肼(FDHA)作为硬相的“可逆交联点”,以驱动软相和硬相的梯度连续分布。这种仿生的“软-硬”梯度双连续微相结构显著提升了弹性体的强度和韧性(断裂强度76.54 MPa,韧性589.75 MJ m−3)。该弹性体还具有优异的生物相容性,支持微米级3D打印成人工韧带,在关节滑液中保持稳定的机械性能。文章第一作者为储玉婷,文章通讯作者为李闯教授、傅尧教授。