《Composites Communications》：Mechano-adaptive microgel-integrated (MA-MI) polycarbonate polyurethane composites with superior load-bearing and self-replenishing hydration lubrication performance
编辑推荐：
•提出了MA-MI策略来制备PCU复合材料。•动态氢键与微凝胶协同作用实现了自适应润滑。•PCU/MG在长期高载荷滑动条件下表现出优异的耐久性。引言高分子弹性体因其卓越的抗疲劳性、抗生物降解性、可定制机械强度和出色的生物相容性，已在生物工程、临床器械和医疗植入物中得到广泛应用
- •
提出了MA-MI策略来制备PCU复合材料。
- •
动态氢键与微凝胶协同作用实现了自适应润滑。
- •
PCU/MG在长期高载荷滑动条件下表现出优异的耐久性。
引言
高分子弹性体因其卓越的抗疲劳性、抗生物降解性、可定制机械强度和出色的生物相容性，已在生物工程、临床器械和医疗植入物中得到广泛应用（例如软性隐形眼镜[1]、导尿管[2]、人工血管[3]、半月板替代物[4]和关节衬垫[5]）[[6], [7], [8]]。然而，其分子链固有的疏水性和化学惰性严重限制了水滑环境下的表面水合[9,10]。缺乏稳定的界面水合层，动态水滑会引起严重的应力集中和界面变形[11,12]。随着摩擦的累积，升高的界面剪切应力会引发严重的粘着磨损和磨粒磨损[13,14]，产生大量碎屑，诱发组织炎症，最终导致植入物的机械失效。这些问题严重制约了基于高分子弹性体的医疗设备的长期临床性能[15,16]。
尽管付出了大量努力，但实现高分子弹性体界面持久稳定的水合润滑仍是一项长期挑战。以聚碳酸酯聚氨酯（PCU）为代表，研究人员已探索了各种表面和本体改性策略来提高其润滑性。目前，最直接的策略是通过化学接枝聚合物刷或物理涂覆亲水水凝胶等方法进行表面工程化[17,18]。虽然这种方法降低了表面模量并有效减少了界面剪切应力以提供瞬态低摩擦，但它不可避免地受到基体与涂层之间模量失配的困扰[19]。在长期往复高载荷摩擦下，这些表面润滑层极易发生剪切剥离和磨损脱落，无法满足植入物的长期润滑需求[12,20]。为解决表面涂层方法的局限性，研究人员转向了本体改性策略。一种途径是内源性化学本体改性，即将超亲水或两性离子基团（如磷脂酰胆碱、甜菜碱）直接引入PCU的主链或侧链中[[21], [22], [23]]。然而，这种化学共聚通常需要极其精确的分子结构控制，增加了合成复杂性和制备成本[24]。相比之下，通过直接将亲水组分共混到聚合物基体中实现的物理本体改性提供了更简便的加工方式[25,26]。然而，这些添加剂通常以孤立相区的形式存在于疏水基体中，阻碍了连续且可动态重构的润滑网络的形成[27]。因此，摩擦剪切仅产生局部水合微区，而非在整个接触界面上形成均匀且稳定的润滑层[12]。此外，这些静态共混体系通常缺乏自适应润滑机制。因此，摩擦降低效果可能是瞬态或不稳定的，限制了在变化机械载荷下的长期润滑性能[28]。
在本工作中，我们基于力学自适应与微凝胶集成（MA-MI）策略开发了一种PCU/MG复合材料，以满足反复机械载荷下的润滑需求。通过反相乳液聚合合成了高水合双组分微凝胶（MGs），并通过溶剂蒸发和热压致密化均匀地嵌入到UPy改性的PCU基体中。在此结构中，动态UPy氢键网络赋予PCU基体载荷自适应的力学行为和高效的应力耗散能力，提供了坚固的承载框架。MG与PCU之间的强界面氢键进一步增强了内聚力和应力传递。在干燥状态下，玻璃态MG颗粒作为刚性增强相，有效限制聚合物链的运动性并提供额外的承载能力。同时，MG的引入增强了复合材料的润滑性能。在水激活条件下，暴露于表面的MG迅速水合转变为柔性润滑储库，产生连续的水合膜，并可能提供额外的类滚动贡献。这种分级设计在复杂应力下保持结构完整性的同时实现了持久润滑，为高性能自润滑PCU生物材料提供了一条有前景的策略。
章节摘要
材料
丙烯酰胺（AAm，99%）购自J&K Scientific Ltd。丙烯酸（AAc，99%）、正己烷（97%）、山梨坦单油酸酯（Span 80）和透明质酸（HA，平均Mw = 40–100 kDa）购自麦克林生化科技（上海）有限公司。吐温80购自国药化学试剂有限公司。2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇（AMPD，98%）、二丁基二月桂酸二锡（DBTDL，95%）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA，99%）和1,4-丁二醇（BDO，98%）购自
PCU/MG复合材料的设计与制备
为满足循环机械载荷下苛刻的润滑需求，构建了动态UPy氢键PCU网络以提供载荷自适应的力学性能。随后，将形状规整的球形微凝胶作为增强和润滑组分引入，实现了机械强度和水合润滑的同时提升。具体而言，通过反相乳液聚合合成了双组分丙烯酰胺-丙烯酸微凝胶（MG）（
结论
总之，我们开发了一种力学坚固且可自适应自润滑的PCU/MG复合材料，克服了本体改性PCU材料中长期存在的机械增强与水合润滑之间的权衡难题。利用力学自适应与微凝胶集成（MA-MI）策略，将高亲水微凝胶嵌入UPy改性的PCU基体中，构建了一种高内聚的结构。这种协同效应有效地抑制了载荷下的宏观粘性链滑移
CRediT作者贡献声明
刘兵兵：撰写—初稿，方法学，调查研究，正式分析，数据管理。赵小铎：撰写—审阅与编辑，获取资金，构思。孔云松：数据管理。徐浩哲：数据管理。赵威怡：数据管理。刘佳乐：数据管理。梁永敏：监督指导，构思。刘浩：监督指导。王建章：监督指导。马栓红：撰写—审阅与编辑，监督指导，获取资金，构思。周峰：
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本论文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
感谢甘肃省科学技术计划项目（23ZDGA011、26JDRA003、26JRRA114）、国家自然科学基金委员会（52322506、52405235）和中国科学院青年创新促进会（Y2023114）的资金支持。
刘兵兵|赵小铎|孔云松|徐浩哲|赵威怡|刘佳乐|梁永敏|刘浩|王建章|马栓红|周峰
