张立群院士团队综述生物基弹性体：设计、性质和生物医学应用

张立群院士团队综述生物基弹性体：设计、性质和生物医学应用

生物基弹性体作为下一代材料展现了广泛的应用潜力。本文综述了生物基弹性体在分子设计、合成及生物医学应用中的最新进展。

在过去的二十年间，为了减少碳足迹和人类对化石燃料的依赖，生物基聚合物的研究快速增长。生物基弹性体因其独特的粘弹性和柔软性而备受关注。与传统石化聚合物相比，生物基弹性体具有两大显著优势：可持续性和独特的化学结构。生物基弹性体独特的化学结构赋予材料优异的生物活性、生物相容性和生物降解性等，这些特性在生物医用材料设计中极具优势。目前，全球科学研究者积极投身于生物基弹性体的开发并应用于生物医用领域，推动相关技术的持续突破与创新。

图1 生物基弹性体：分子设计、性能和生物医学应用

生物基弹性体的分子设计及性能

目前，常用的生物基弹性体主要分为两大类：一类是通过动植物中提取的生物小分子（如二胺、二酸和二醇等）经聚合反应制备的生物基弹性体；另一类是通过从动植物中分离的生物基聚合物，利用接枝、改性或复合等策略制备生物基弹性体。在前者中，以聚酯、聚氨酯和聚酰胺为代表，通过优化分子结构和改进合成策略，显著提升了其机械力学性能、生物相容性及可降解性，以满足多样化应用场景的需求。在后者中，选取纤维素、木质素、蚕丝和DNA作为典型代表。

生物基弹性体的性能优势

生物基弹性体不仅在性能上与传统石化弹性体相媲美，更因其独特的分子结构单元展现出性能优势。本节着重探讨生物基弹性体在生物医学应用中的性能优势，例如优异的生物相容性、生物可降解性、免疫调节及抗菌性能等（图2）。

图2 生物基弹性体的性能优势

生物基弹性体的生物医学应用

生物基弹性体具有优异的力学性能、可控降解和优异的生物相容性等优点，在生物医学应用中受到关注。本节总结了生物基弹性体在生物医学领域的最新应用，重点关注伤口敷料、心血管修复、神经修复、骨组织工程和生物传感器等关键领域。柔性生物传感器作为一种新兴的医学技术，能够实时监测人体生物信号，有效提升诊断、监测、治疗及预后管理的效率和精准度。例如，基于两种生物基弹性体PGS和POMaC开发的无线微型动脉监测传感器，展现了优异的力学性能和生物相容性。PGS在压缩条件下具备高弹性，用作压敏层材料，用以检测动脉的膨胀变化；而POMaC因其优异的柔软性，用作传感器与动脉直接接触的界面材料。这种设计显著降低了对血管的损伤，为高效、无创的血流动力学监测提供了理想解决方案。

图3 用于传感器的生物基弹性体

总结与展望

生物基弹性体作为下一代材料展现了广泛的应用潜力。本文综述了生物基弹性体在分子设计、合成及生物医学应用中的最新进展。尽管过去二十年取得了显著发展，但仍面临以下挑战：单体生产过程复杂、高成本制约大规模生产，机械力学强度和耐久性尚不及石化弹性体。针对生物基弹性体的发展提出以下建议：加速弹性体筛选、优化聚合条件、探索新功能、扩大生物医学应用，改进提取和纯化技术、集成先进制造技术等。我们期望本综述为科学研究者提供当前生物基弹性体的进展研究，为未来进一步开发新型的生物基弹性体提供思路。

本文原文信息：

Qingsheng Liu, Pengfei Lou, Zhentao Sun, Daochang Li, Haijun Ji, Zhengzhuo Xu, Lei Li, Jiajia Xue, Runguo Wang, Zhao Wang, Liqun Zhang. Bio-Based Elastomers: Design, Properties, and Biomedical Applications, Advanced Materials, 2025, 2417193.

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202417193

本文作者：

张立群院士、北京化工大学刘庆生教授、王润国教授和华南理工大学王朝教授

本文来源：

Advanced Materials期刊