孫 菁，熊發(fā)強，鄧汝輝，陶雅嫻，陳興剛

（華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

0 前言

在歷史的長河中，監(jiān)控技術(shù)在各個年代中無處不在。隨著計算機的產(chǎn)生和功能完善，利用傳感器與電腦相連，再通過信號放大與變換裝置將各種信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)對事物的實時監(jiān)控［1］?，F(xiàn)在傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們的需求，尤其是在醫(yī)學(xué)、航空航天這些高精尖的領(lǐng)域，需求促進發(fā)展，各種智能監(jiān)控方法應(yīng)運而生，在智能科技革命浪潮中，人們對智能的認識在不斷的更新，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，許多人工很難辦到的問題，可以通過智能的技術(shù)進行監(jiān)控［2］。

21 世紀是科技高速發(fā)展的時代，人們對于生活品質(zhì)提高的不斷要求，也對科技進步提出了更高的要求，科技最突出的進步主要體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)方面。當下醫(yī)學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展主要得益于技術(shù)交融，即一些高新技術(shù)從原來的領(lǐng)域向醫(yī)學(xué)科學(xué)交融，另外技術(shù)交融還體現(xiàn)在掌握專業(yè)技術(shù)的人才加入到醫(yī)學(xué)科研隊伍，加快了醫(yī)學(xué)與其他學(xué)科的交叉融合和滲透［3］。其中對醫(yī)學(xué)助益非常大的就是智能材料，運用智能材料可以解決以往很多的難題。使用工具是人類文明的開始，而更新工具是醫(yī)學(xué)發(fā)展的加速器。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的眾多工具的應(yīng)用中，智能高分子材料因其獨特的優(yōu)勢發(fā)揮了很大的作用，本文將從光、力、聲、電等方面對智能高分子材料進行詳細介紹，并且對于智能高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進行概述。

1 智能高分子材料概述

智能高分子材料，又稱為智能聚合物材料，是指一類具有自主識別、自主感知、自主響應(yīng)和自主控制等智能特性的高分子材料。這類材料可以對外界環(huán)境變化作出自適應(yīng)性響應(yīng)，具有廣泛的潛在應(yīng)用前景。按照材料的響應(yīng)特性可以將智能高分子材料分為多種類型如光學(xué)感應(yīng)材料、pH 響應(yīng)材料、氣敏材料、熱致變形材料、形狀記憶材料等［4］。這些材料的響應(yīng)機制和性質(zhì)不同，但都具有自適應(yīng)性和智能性，可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域。智能高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括醫(yī)療、環(huán)保、新能源、航空、軍事、智能家居、智能交通等諸多領(lǐng)域。例如形狀記憶材料可以用于醫(yī)療領(lǐng)域的支架和縫合線，熱致變形材料可以用于自動調(diào)節(jié)溫度的設(shè)備，光致變形材料可以用于光學(xué)調(diào)制器的制造，pH 響應(yīng)材料可被用于生物傳感器等領(lǐng)域［5］。未來，智能高分子材料的研發(fā)和應(yīng)用前景非常廣闊。隨著技術(shù)的不斷推進和應(yīng)用場景的不斷擴大，智能高分子材料還將進一步發(fā)揮它的智能性和適應(yīng)性，為人類帶來更多便利和改善生活品質(zhì)的可能。本文將介紹如表1 所示智能高分子以及它們在醫(yī)學(xué)監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 醫(yī)學(xué)監(jiān)控智能高分子材料

醫(yī)學(xué)監(jiān)控智能高分子材料是一種具有響應(yīng)性和自適應(yīng)性的高分子材料［6］，可以根據(jù)外部刺激，如：光、聲、電、力學(xué)、熱、磁等，發(fā)生可逆或不可逆的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化，從而改變自身的形態(tài)、性能和功能，這種高分子材料通過有機和合成的方法，使無生命的有機材料變得似乎有了“感覺”和“知覺”［7］，可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)監(jiān)控領(lǐng)域。本文從光、聲、電、力等方面對智能高分子材料進行詳細介紹。

2.1 光學(xué)監(jiān)控

光學(xué)監(jiān)控智能高分子材料是一種在外界光環(huán)境發(fā)生改變時，材料吸收外界光電子的頻率和通量發(fā)生改變，進而造成材料化學(xué)結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能發(fā)生改變的一種智能材料［8］。光學(xué)監(jiān)控智能高分子材料從監(jiān)控結(jié)果上體現(xiàn)為受外界光源變化，材料變色、縮脹、變軟變硬、密度變大變小、卷曲或伸直等等特征，進一步造成其電阻、化學(xué)與物理性質(zhì)的改變。而如今應(yīng)用較為廣泛的光敏電阻，以及光傳感器件，都是利用了上述的原理［9］。

在實現(xiàn)光學(xué)監(jiān)控的這一應(yīng)用中，光敏感或者光響應(yīng)材料的研發(fā)與制造是尤為重要的［10］。光敏感材料的性能高低直接決定著其應(yīng)用的檢測精度［11］?；诖?，有眾多的科學(xué)家和研究學(xué)者進行了光敏感材料的研發(fā)。Liu 等［12］研制出了一種會“出汗”的光響應(yīng)性指紋狀液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)（LCNs）圖層，這種材料引入了膽甾相液晶，在受到來自于涂層基板適當?shù)拇怪卞^定力時，涂層表面上會形成了隨機的特異性指紋形貌，在這基礎(chǔ)上再加入小分子液晶和帶有偶氮苯結(jié)構(gòu)的單體，使得這種由液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的指紋狀人造仿生涂層能在弱紫外光照射下發(fā)生各向異性形變［圖1（a）］，調(diào)節(jié)聚合物中偶氮苯的比例，液體會在聚合物形成過程中發(fā)生不同程度的橫向擴散，從而可以控制實現(xiàn)液體在紫外照射下從指紋脊X 線釋放。Hamed等［13］使用具有固有光響應(yīng)性和分子各向異性的單片液晶凝膠（LCG）模擬海洋無脊椎動物常見的運動模式［圖1（b）］，這種光響應(yīng)LCG 是以LC 彈性體（LCGs）為基體，運用極軟的、具有低驅(qū)動溫度的光敏LCG 來擴大LC 基材料的靈活性，得到的光響應(yīng)液晶凝膠具有工程分子排列的LCG 結(jié)構(gòu)物顯示出低而急劇的相變溫度，并且在光照經(jīng)歷相當大的密度降低，從而允許快速和可逆的形狀化。通過選擇性時空光照引起的局部變形，誘導(dǎo)出不同的水下運動模式，如爬行、行走、跳躍和游泳。

圖1 智能高分子材料在光學(xué)監(jiān)控領(lǐng)域的創(chuàng)新運用［12-13］Fig.1 Innovative application of intelligent polymer materials in the field of optical monitoring［12-13］

除了光學(xué)監(jiān)控智能高分子材料中光刺激響應(yīng)的智能高分子材料，還有刺激響應(yīng)熒光變色的材料，這種材料在其他刺激下會發(fā)生熒光變色的光學(xué)變化。Lee等［14］發(fā)現(xiàn)了一種水致變色共軛聚合物。該聚合物通過在超分子組裝的聚二乙炔中引入吸濕元件，得到能夠?qū)λ焖夙憫?yīng)的變色共軛聚合物。將這種聚合物用于構(gòu)建指尖活躍汗液毛孔的精確地圖，手印沉積在吸濕性聚二胺酮（PDA）薄膜上導(dǎo)致水促進比色反應(yīng)，汗液毛孔分泌的極少量水就足以促進聚合物的瞬時的藍到紅比色轉(zhuǎn)變，顯示出人體汗液毛孔排布。Pyo等［14］發(fā)現(xiàn)了一種水致熒光的復(fù)合薄膜。該復(fù)合薄膜是由對水敏感的熒光素和親水性基質(zhì)聚合物［即聚乙烯吡咯烷酮（PVP）］組成的體系。熒光素在含水與干燥環(huán)境下具有可逆轉(zhuǎn)變［圖2（a）］，包括閉合環(huán)的螺旋內(nèi)酯和打開環(huán)的熒光酮形式的相互轉(zhuǎn)化，在水的存在下，由親水性PVP 聚合物組成的基質(zhì)捕獲指尖汗孔分泌的少量水，有助于熒光素發(fā)出熒光，汗孔的熒光成像將成為可能。

圖2 羅丹明衍生物的制備及熒光轉(zhuǎn)變［14-15］Fig.2 Preparation and fluorescence transition of rhodamine derivatives［14-15］

刺激響應(yīng)熒光變色智能監(jiān)控智能高分子材料除了變色與熒光的單一響應(yīng)，還具有雙模式響應(yīng)，該種顯示方法相較于單一的顯示有更廣泛的應(yīng)用。Haihong等［15］報道了一種新型的水響應(yīng)變色染料，該染料為羅丹明類衍生物，制備方法為對羅丹明進行官能團改性，將其內(nèi)酯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)酯酰胺結(jié)構(gòu)［圖2（b）］，并且通過改變?nèi)〈档推涿舾行?，簡化了合成工藝。當羅丹明的衍生物與固體酸作為顯色層，加入水的量可以調(diào)節(jié)質(zhì)子化程度，從而改變分子處于開環(huán)或過度質(zhì)子化狀態(tài)，從而調(diào)控材料的顏色與熒光有與無（on/off）之間的可逆變化，成功地實現(xiàn)了變色-熒光雙模式顯示［圖2（c）］。將這種雙模式顯示的染料顯色層與PLA復(fù)合，通過靜電紡絲制的納米纖維膜，該納米纖維膜可以實現(xiàn)對水的監(jiān)控，當接觸水時，發(fā)生熒光-變色。

信息化管理是以信息化帶動業(yè)務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個工作流程，通過信息技術(shù)的引進管理，實現(xiàn)企業(yè)管理現(xiàn)代化的過程，有利于重新整合企業(yè)內(nèi)外部資源，提高企業(yè)效率和效益、增強企業(yè)競爭力的過程，對于周轉(zhuǎn)材料租賃業(yè)務(wù)，有利于集中管理優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點。

2.2 力學(xué)監(jiān)控

力學(xué)監(jiān)控智能高分子材料是一種能夠感知、測量、記錄和分析物體所受到的力學(xué)作用以及物體的變形、應(yīng)力和應(yīng)變的材料［16］。這種材料能夠通過其自身良好的形變與傳感功能，將其受力大小、受力范圍表征出來，便于更好的觀察物體的力學(xué)性能和變形情況，從而實現(xiàn)對物體的控制和治療。

為更全面的實現(xiàn)材料對力的監(jiān)控，研究者不斷地對力學(xué)監(jiān)控智能高分子材料進行改良。Wu等［17］設(shè)計了一種無疲勞但完全可修復(fù)的混合離子傳感材料［圖3（a）］，該材料采用自愈彈性聚氨酯（PU）納米網(wǎng)與超分子離子基質(zhì)相結(jié)合［圖3（b）］，設(shè)計了具有高模量比和匹配折射率的透明納米纖維雜化離子皮膚。原有的離子傳感器由于低能無定形聚合物鏈容易斷裂且易產(chǎn)生裂紋擴展，導(dǎo)致其疲勞閾值低，新型混合離子傳感器在這個方面有巨大改良，這種材料提供了2 950 J/m2的超高疲勞閾值同時保持皮膚般的順應(yīng)性、可拉伸性和應(yīng)變自適應(yīng)硬化反應(yīng)，并且納米纖維張力誘導(dǎo)的離子基體吸濕導(dǎo)致了創(chuàng)紀錄的66.8 的應(yīng)變傳感應(yīng)變系數(shù)，遠遠超過了以前的固有可拉伸離子導(dǎo)體。Wang 等［18］研究了一種形狀記憶聚合物，該聚合物由纖維素納米纖維（CNF）-聚氨酯（PU）形狀記憶復(fù)合材料構(gòu)成，這種納米復(fù)合材料為水刺激響應(yīng)型形狀記憶材料，PU-CNF底層良好的形狀記憶性能有助于表面柱狀微結(jié)構(gòu)在拉伸/恢復(fù)過程中可逆和重復(fù)地記憶和顯示不同的排列方式，剛性CNF 在彈性PU 中的滲流網(wǎng)絡(luò)通過水分子的解吸/吸收，導(dǎo)致復(fù)合材料模量的變化，并伴隨形狀固定和形狀恢復(fù)，從而實現(xiàn)形狀記憶。Han 等［19］通過簡單的“造紙”工藝成功制備了具有雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膠原纖維-聚氨酯復(fù)合材料。這種纖維結(jié)構(gòu)被水性PU 相互滲透，再利用膠原纖維和PU 彈性體基質(zhì)的化學(xué)機械適應(yīng)性，膠原纖維內(nèi)部氫鍵的破壞和重組起到了“開關(guān)”的作用，實現(xiàn)了形狀的變形和固定［圖3（c）、（d）］。這種“開關(guān)”在水的刺激下打開，而PU 的彈性熵促進了形狀的恢復(fù)，實現(xiàn)了高固形率（99 %）和高恢復(fù)率（＞90 %）的水響應(yīng)形狀記憶。

2.3 聲學(xué)監(jiān)控

聲學(xué)監(jiān)控技術(shù)最早是利用各波段聲音的特殊性質(zhì)，監(jiān)控或影響周圍的事物，傳統(tǒng)聲學(xué)監(jiān)控是利用聲波在水中的傳播和反射特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理進行導(dǎo)航和測距的技術(shù)，用于進行聲吶探測。隨著時代的發(fā)展利用聲音監(jiān)控環(huán)境已經(jīng)不能滿足人們的需求，新型智能聲學(xué)監(jiān)控出現(xiàn)在人們的生活中［20］。

周圍的聲音都是有特定的發(fā)聲源，但是僅僅憑自我感知很難判斷一些急促的和細微的聲音，要判斷聲音方位就需要運用新型智能聲學(xué)監(jiān)控技術(shù)的聲學(xué)監(jiān)控智能高分子材料。Wei等［21］研究出了一種新型傳感器，這種新型傳感器是一種熱拉伸復(fù)合壓電纖維，能夠?qū)C械振動轉(zhuǎn)化為電信號，并通過彈性體包層將機械應(yīng)力集中在具有高壓電電荷系數(shù)的壓電復(fù)合材料層以提高纖維靈敏度。利用織物的聲纖維編織技術(shù)將這種纖維嵌入織物中，當周圍有聲音發(fā)出，織物可判斷聲音的方向，對織物加大電壓還能將微小的聲音放大［圖4（a）、（b）］。

圖4 智能高分子材料在聲學(xué)監(jiān)控領(lǐng)域的前沿應(yīng)用［21］Fig.4 Cutting-edge applications of intelligent polymer materials in the field of acoustic monitoring［21］

2.4 電流監(jiān)控

電流監(jiān)控智能高分子材料是根據(jù)材料周圍或者材料內(nèi)部電環(huán)境發(fā)生改變時，材料中的電流通量發(fā)生改變，引發(fā)材料末梢的傳感器響應(yīng)，從而監(jiān)控外界環(huán)境發(fā)生的變化并作出反應(yīng)［22］。電流檢測是通過特定導(dǎo)電材料與材料末梢連接的傳感器實現(xiàn)的，當發(fā)生電刺激或外界刺激引起電流變化時，傳感器接收信號作出反應(yīng)并反饋給材料。

電流檢測材料在生活中隨處可見，但這些都是普通的技術(shù)與材料，在更多的領(lǐng)域需要的是新型電流檢測材料，這種新型材料的導(dǎo)電材料與傳感器都有更高的要求。為了研制出更好的新型電流材料，研究者做出了許多嘗試。Biswas 等［23］設(shè)計了一種能夠捕捉外力并且通過導(dǎo)電金屬將力轉(zhuǎn)換為電信號的復(fù)合薄膜。該薄膜是由低模量添加固化的有機硅聚合物與室溫下液態(tài)的高導(dǎo)電性金屬［如共晶鎵銦（EGaIn）或Galinstan］結(jié)合在一起。這種復(fù)合薄膜可以作為觸覺傳感陣列的薄膜，捕捉施加在其表面的應(yīng)變或應(yīng)力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)信息從而繪制出觸覺圖像［圖5 （a）、（b）］。Shi 等［24］開發(fā)了一種由聚丙烯酸（PAA）與天然殼聚糖衍生的季銨鹽（QCS）為基體的水凝膠聚合物，該水凝膠是通過在天然陽離子多糖中原位聚合親水性陰離子單體，構(gòu)建多功能仿生離子通道而設(shè)計的，聚丙烯酸（PAA）與QCS經(jīng)過可逆離子締合和氫鍵物理交聯(lián)得到的。由于聚丙烯酸能夠多重智能響應(yīng)，其中電學(xué)性能最具優(yōu)勢，其可通過可逆離子締合和氫鍵物理交聯(lián)顯現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性、黏附性和可塑性，當外界產(chǎn)生干擾時，水凝膠將干擾轉(zhuǎn)化為電信號進行分析。

圖5 智能高分子材料在電學(xué)領(lǐng)域的精密研究［23］Fig.5 Precision research on intelligent polymer materials in the field of electricity［23］

2.5 其他監(jiān)控

熱效應(yīng)監(jiān)控智能高分子材料是具有溫度敏感性能的高分子材料，它們可以通過內(nèi)部的熱效應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對溫度變化的感知和響應(yīng)［25］。其中以一種特殊形狀記憶聚合物為例，形狀記憶聚合物（SMPs），如圖4 所示為 SMPs 的形狀記憶過程，這個過程可以分為兩步：（1）形狀的固定過程：SMPs 在外界環(huán)境的刺激下由初始形狀變形固定轉(zhuǎn)變?yōu)榕R時形狀；（2）形狀的恢復(fù)過程：臨時形狀在外界環(huán)境的影響下回復(fù)至初始形狀［圖6（a）、（b）］。其中，熱致SMPs可以在T＞Ttrans 時恢復(fù)到其原始形狀，是所有SMPs中最常見的一類［26］。

圖6 智能高分子材料在熱力學(xué)領(lǐng)域的研究進展Fig.6 Research progress of intelligent polymer materials in the field of thermodynamics

磁力監(jiān)控智能高分子材料是一種利用磁性材料實現(xiàn)監(jiān)控和控制的智能高分子材料。這種材料通常由磁性顆?；蚣{米粒子以及高分子材料組成，通過外加磁場實現(xiàn)對材料的監(jiān)控和控制。以磁性高分子微球為例進行介紹，磁性高分子微球是由磁性顆粒和聚合物復(fù)合而成的一種新型復(fù)合功能高分子材料。由于其兼具高分子材料的特性和無機納米顆粒的磁響應(yīng)性，更具有“在外加磁場下定向運動”的特殊性能，在靶向給藥、生物化學(xué)、固定化酶、細胞分離、電磁屏蔽、磁共振造影、吸波材料、水處理等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。磁性殼聚糖具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性和無毒性，不會引起過敏和排斥反應(yīng)，而且不會損害藥物的磁性靶向性，可以作為有效的藥物傳遞體系［27］。

3 智能高分子材料在醫(yī)學(xué)監(jiān)控方面的應(yīng)用

智能高分子材料具有刺激響應(yīng)的獨特性質(zhì)，使其在各個行業(yè)大放異彩，尤其是在醫(yī)用領(lǐng)域，如人造皮膚、體內(nèi)靶向藥物運輸、柔性機器人以及仿生學(xué)材料等。根據(jù)智能材料的發(fā)展趨勢，將來的智能材料將會更大程度上應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，解決當下還不成熟的許多醫(yī)療技術(shù)，像人體微創(chuàng)手術(shù)、人機交互、人體康復(fù)等［28］。智能高分子材料將會推動社會科技的發(fā)展，這種技術(shù)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒏纳迫藗兊慕】邓胶蜕钯|(zhì)量。接下來將從智能生物傳感器、組織修復(fù)材料、醫(yī)用支架、藥物釋放系統(tǒng)這4個方面介紹智能高分子材料在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。

3.1 智能生物傳感器

智能生物傳感器是由可以響應(yīng)生物體內(nèi)的各種生理參數(shù)的智能高分子材料構(gòu)成的，這種生物傳感器具備實時監(jiān)測和診斷功能，可以在疾病預(yù)防和治療中發(fā)揮重要作用［29］。Su 等［30］研制出一種具有出色的綜合機械傳感性能并且能夠?qū)θ梭w生理信號作出準確檢測的紙基壓力傳感器，并將該傳感器研制為可穿戴式。該傳感器由MXene/細菌纖維素薄膜制得，其作為聲音探測器，不僅可以通過監(jiān)控喉嚨肌肉的運動來識別不同的語音信號和聲音屬性，還可以像鼓膜一樣，通過聲音傳輸引起的氣壓波（也稱為聲波）來區(qū)分各種自然聲音。此外，由于能夠捕獲和呈現(xiàn)聲音信號，它在聲音可視化技術(shù)中起著重要作用。Yoel等［21］研究出了一種可以判斷聲音方向的新型傳感器，這種新型傳感器在電壓的作用下可以將織物變成麥克風(fēng)和揚聲器，用于雙向通信、探測槍聲方向，甚至能夠監(jiān)控懷孕期間胎兒的心跳。Zhang 等［12］研制出了一種可用作指紋狀人造仿生涂層，模擬指尖出汗的指紋狀液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)圖層，這種傳感器可以實現(xiàn)液體在紫外照射下從指紋脊線釋放，從而模擬指尖出汗。Li 等［31］設(shè)計了一種具有細菌分析系統(tǒng)和抗生素檢測系統(tǒng)的細菌相關(guān)危害檢測生物傳感器，這是一種具有超靈敏和高選擇性的電化學(xué)生物傳感器，將該生物傳感器置于待測環(huán)境中，外源Cu2+首先被檢測樣品的病原菌捕獲并還原為Cu+， Cu+隨后作為催化劑觸發(fā)CuAAC 反應(yīng)，導(dǎo)致etrep 引發(fā)劑與傳感界面連接。其次，將大量的二茂鐵甲基丙烯酸甲酯（FMMA）電活性物質(zhì)通過erap 接枝到電極表面，進行信號放大，為了進一步擴大生物傳感器的適用性和通用性，補充了細菌磁分離部分。該生物傳感器可以在復(fù)雜污染樣品中特異性捕獲和分離目標細菌，實現(xiàn)對特定菌株的出色選擇性檢測并同樣適用于抗生素檢測和耐藥性分析。

智能生物傳感器充分利用高分子材料的特性，如吸附、擴散、選擇性結(jié)合、響應(yīng)性等，實現(xiàn)對生物分子、離子或環(huán)境參數(shù)的檢測和測量，在生理中，可以實時監(jiān)測心率、血壓、體溫、血糖、血氧飽和度等生理參數(shù)，在環(huán)境監(jiān)測中，它們可以檢測水質(zhì)、空氣質(zhì)量和土壤污染等指標。

3.2 智能組織修復(fù)材料

智能組織修復(fù)材料是可以響應(yīng)組織內(nèi)的化學(xué)、物理和生物學(xué)刺激，實現(xiàn)組織修復(fù)材料的自適應(yīng)形變、降解和再生的一類智能高分子材料，這種智能組織修復(fù)材料可以在骨骼、軟組織等損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用［32］。

Xue 等［33］制得一種能夠更大程度上模擬天然皮膚的人造皮膚，該人造皮膚在受到外界力的作用下能夠迅速回彈或者愈合，可以更好的感受周圍環(huán)境的變化。這種人造皮膚在醫(yī)療領(lǐng)域可以用于治療燒傷、創(chuàng)傷以及皮膚移植手術(shù)，加速受傷者的愈合過程，減輕痛苦。Han 等［19］通過簡單的“造紙”工藝成功制備了一種水響應(yīng)形狀記憶的人造皮膚，這是一種新穎、簡單和環(huán)保的制備工藝。Shan等［34］設(shè)計了一種用于按需治療和實時報告感染傷口智能比色微針貼片（FNDs-MNs），這種智能比色微針貼片利用FNDs 的pH 依賴性過氧化物酶模擬活性，集成的MNs 可以在酸性條件下催化H2O2生成更多的·OH，從而殺死細菌，并且，這些FNDs-MNs 還具有pH 和H2O2依賴性的顏色變化，因此可以及時反映傷口修復(fù)和感染狀態(tài)。FNDs-MNs 在有效的傷口感染管理方面具有巨大的潛力，并將在傷口護理中得到廣泛的應(yīng)用。智能組織修復(fù)材料具有生物相容性、生物降解性、細胞黏附性等特異性，可以與周圍組織相互作用，促進組織的修復(fù)和再生，通常被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于治療損傷、缺損或疾病引起的組織損傷，在高分子智能組織修復(fù)材料中面臨的最大的問題是生物相容性，高分子與生物體能夠良好的結(jié)合并且后續(xù)不發(fā)生排異反應(yīng)是我們要解決的首要問題。

3.3 智能醫(yī)用支架

智能醫(yī)用支架是可以通過響應(yīng)血管內(nèi)壁的變化，實現(xiàn)血管支架的自適應(yīng)形變，從而避免支架移位或造成血管損傷的智能高分子材料。這些智能醫(yī)用支架可以在受損組織中植入，提供支撐和促進組織的生長和修復(fù)［35］。

Chen 等［36］研發(fā)了一種配備微型傳感器和無線接口的“智能”支架，這種支架能夠通過植入支架持續(xù)監(jiān)測，并且在狹窄條件下跟蹤局部血流動力學(xué)變化（圖7）。該血管“智能”支架是將壓力傳感器集成支架牢固地卷曲在球囊導(dǎo)管上，并通過鞘引導(dǎo)到狹窄部位，然后氣球被充氣，擴張并部署支架，將斑塊推向動脈壁，擴大狹窄的血管，恢復(fù)正常的血液流動。放氣和縮回球囊導(dǎo)管，使支架與集成傳感器一起永久植入動脈。血管“智能”支架不僅具有典型的機械支架的功能，而且還具有電子感應(yīng)或天線的功能，其設(shè)計和構(gòu)造滿足工程和臨床要求，同時證明其與標準血管成形術(shù)程序的兼容性，有望極大地推動智能支架技術(shù)的臨床應(yīng)用。Wang等［18］研究了一種用于醫(yī)用支架的水響應(yīng)形狀記憶聚合物，這種形狀記憶聚合物可通過水分子的反復(fù)解吸/吸收形成/破壞實現(xiàn)優(yōu)異的快速水觸發(fā)形狀記憶性能。在運用智能醫(yī)用支架時，通常將其與藥物共同植入體內(nèi)，將藥物涂覆在支架表層，讓藥物擴散入體內(nèi)，增加治療效果。

圖7 智能支架的原理圖及其功能［36］Fig.7 Schematic of the smart bracket and its functions［36］

3.4 智能藥物釋放系統(tǒng)

智能藥物釋放系統(tǒng)是由能夠響應(yīng)體內(nèi)環(huán)境變化的智能高分子材料構(gòu)成的，這種系統(tǒng)可以將藥物釋放到特定的位置和時間，從而提高藥物的效果和減少不良反應(yīng)［37］。

Liu 等［38］開發(fā)了一種具有光熱性能、良好的力學(xué)性能、低爆發(fā)釋放的藥物持續(xù)釋放能力、抗菌性能和生物相容性的智能多功能的復(fù)合水凝膠，該復(fù)合水凝膠是由包裹有氧化石墨烯（GO）的介孔聚多巴胺（MPDA）納米顆粒物理交聯(lián)在纖維素納米原纖維（CNF）水凝膠中，得到的一種新型MPDA@GO/CNF復(fù)合水凝膠（圖8），這種新型的MPDA@GO/CNF復(fù)合水凝膠具有氧化石墨烯可控釋藥和毒性屏蔽的包封結(jié)構(gòu)，是一種非常有前景的可控給藥載體，在化學(xué)和物理治療中有潛在應(yīng)用。Adam 等［39］將刺激響應(yīng)矩陣應(yīng)用于組織工程、細胞培養(yǎng)和創(chuàng)新藥物傳遞系統(tǒng)（DDSs）技術(shù)，研制出一種刺激反應(yīng)型智能水凝膠。這種創(chuàng)新的水凝膠DDSs 可作為靶向治療的基質(zhì)，提高腫瘤化療的有效性，從而限制全身毒性，外部刺激敏感性允許遠程控制藥物釋放剖面和凝膠形成，內(nèi)部因素使藥物在腫瘤組織中積累，降低了活性藥物形式在健康組織中的濃度。Li等［40］研究了一種pH響應(yīng)的藥物傳遞系統(tǒng)，在腫瘤酸性環(huán)境（pH≈6.4）下，藥物載體被破壞并導(dǎo)致其有效載荷的快速釋放，實現(xiàn)定點輸送藥物。智能藥物釋放系統(tǒng)最重要的是其表面對某一特征的響應(yīng)，根據(jù)不同運輸點的環(huán)境，去設(shè)計藥物釋放系統(tǒng)的表面響應(yīng)，以達到最佳的定點治療效果。

圖8 MPDA@GO/CNF復(fù)合水凝膠的制備及其通過多種刺激（pH變化和近紅外光照射）的組合釋放藥物的機理示意圖［38］Fig.8 Schematic diagram of the preparation of MPDA@GO/CNF complex hydrogels and their release of drugs by a combination of multiple stimuli （pH changes and near-infrared irradiation）［38］

4 結(jié)語

醫(yī)學(xué)監(jiān)控智能高分子材料已成為材料科學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域，目前醫(yī)學(xué)監(jiān)控智能高分子材料受到當下科技水平的限制，在應(yīng)用上仍然存在一些不足：（1）智能高分子材料要體現(xiàn)出良好的傳感性能并且與人體有較好的親和，其使用的材料需要像皮膚一樣柔軟，像皮膚一樣可以拉伸，甚至可以自修復(fù)，可以生物降解，但是當下能夠?qū)崿F(xiàn)該種功能的材料十分稀少；（2）當材料問題解決后，為實現(xiàn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用還需使材料能夠感知到壓力、溫度等外界條件，目前高分子材料實現(xiàn)這些性能的條件較為苛刻，成本較高；（3）柔軟的高分子材料傳感器滿足所需性能后，感知到的信號如何讓大腦進行處理還是一個難題，若大腦不能處理這些信號的話，還是沒有感覺不能實現(xiàn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用，所以需要實現(xiàn)信號與人體相結(jié)合。隨著科技的進步和醫(yī)療技術(shù)的提高，未來的醫(yī)學(xué)監(jiān)控智能高分子材料將會有更高的功能性和復(fù)雜性、更大的可塑性和可適應(yīng)性、更強的生物相容性和生物適應(yīng)性、更廣泛的應(yīng)用范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)更高級別的監(jiān)控，解決當下面臨的難題。總之，醫(yī)用監(jiān)控智能高分子材料的發(fā)展趨勢是多樣化、可適應(yīng)性強、生物相容性高、應(yīng)用范圍廣泛、智能化程度高，為醫(yī)療事業(yè)提供更大的助益。