陳秉彥/工研院材化所
4. Preparation of polysulfone based thermally induced shape memory polymers
藉由特殊化學結構設計，可以使高分子因為外界因素(溫度、壓力、濕度等等)改變而自發性回到原有的形狀，稱為形狀記憶高分子(Shape Memory Polymer)。形狀記憶高分子可以應用於生醫領域，如傷口縫合、藥物傳輸、心血管導管、外科手術等。聚醚砜(polysulfone, PSf)除了具有化學與熱穩定性，更表現生物相容性及抗菌功能。當PSf透過氯甲基化反應及ATRP，將PEG接枝於側基上(圖十八)。發現隨PEG接枝率增加，由DSC圖中可以觀察到PEG的結晶性(圖十九)。由於PEG的半結晶特性及PSf的非晶特性，及兩者極大差距的熔點與玻璃轉移溫度形成軟硬鏈段。當PSf-PEG薄膜在PEG熔點以上進行延伸固定，並在4 oC冷卻定型後，再將PSf-PEG薄膜升溫至熔點以上，薄膜可以自發性回到原有長度(圖廿)。回復比例高達80 %以上。
圖廿、PSf-PEG共聚物之形狀記憶特性
5. Achieving ultrahigh performance nanostructured fibers through processing
以一般傳統紡絲技術，發展高強度高分子纖維通常仰賴著高分子的高結晶度及分子鏈順向性等特性，而造成延展性及韌性偏低的情形。透過纖維細度微小化可以提升纖維強度，然而一般紡絲技術僅能使纖維達到直徑2μm的細度，唯有靜電紡絲透過高壓電場可以控制纖維細度由直徑數奈米至數微米。而以一般觀點而言，當纖維強度因為細度縮小而增強時，預測纖維之延展性及韌性將大幅降低。然而，在Prof. Dzenis的研究中發現，當比較直徑2.8μm~100nm的PAN纖維，彈性模數由0.36提升至48GPa；應力由15提升至1750MPa；韌性則從0.25提升至605MPa(圖廿一)。
由XRD圖譜可以發現，除了主要結晶峰外，伴隨一個寬大且不顯著的吸收，而且結晶度隨纖維細度縮小而下降，所以Prof. Dzenis團隊則提出另一觀點。當PAN溶液在靜電紡絲過程中，快速溶劑揮發及迅速固化使PAN結晶速度發生變化。當纖維細度較低時，固化較快使PAN結晶度較低，但高分子鏈仍有明顯順向排列卻未結晶，才造成當PAN奈米纖維之應力隨纖維直徑縮小而提升時，未犧牲其抗拉應變，造就韌性同時提升的結果。再經過回火測試發現，回火後的PAN奈米纖維應力與彈性模數有再提升，然而應變與韌性則明顯下降(圖廿二)。由XRD檢測其結晶度明顯提升，可以再次驗證Prof. Dzenis等人所提出的纖維結晶機制。另外，也可以發現，回火後的PAN奈米纖維之韌性仍隨纖維細度縮小而增加，可見藉由回火動作可以調控纖維之強度與韌性區間，而應用於各種強度及韌性需求。另一方面，DNA奈米纖維也成功以電紡技術製備。藉由調配DNA溶液之濃度可以控制纖維直徑由<50 奈米變化至數百奈米(圖廿三)。當DNA溶液<8%時，纖維細度分布較小且均一。同樣，隨著DNA奈米纖維細度降低，纖維之強度與韌性也隨之提高(圖廿四)。
圖廿二、PNA奈米纖維回火前後之差異
7. Supramolecular polymeric materials with self-healing and shape-memory functions
凝膠(Hydrogel)通常是一種水分子充滿其中的交聯聚合物。具有高親水結構卻由化學架橋限制分子鏈活動而不溶於水中。常用於組織工程、藥物傳輸、隱形眼鏡、環境感測等用途。透過自由基懸浮聚合技術，在十二烷基硫酸鈉(SDS)及氯化鈉水溶液中聚合丙烯酸(AAm)及丙烯酸十八烷基酯(n‑octadecyl acrylate, C18M)共聚物，可以使共聚物在十二烷基硫酸鈉輔助下形成微胞，在微胞中十八烷基酯與十二烷基形成結晶區，成為物理性交聯，使此共聚物成為有別於傳統化學交聯的凝膠(圖廿八)。有趣的是，此凝膠除了可以透過溫度變化改變結晶度達到形狀記憶功能外，當受外力破化後更可以升溫再降溫，使微胞重新結晶而有形狀自癒功能。因此，此凝膠也可以經過升溫熔解後再塑型，且塑型後之形狀記憶功能及自癒功能維持不變---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖廿八、微胞凝膠之形成(a−c)及其自癒機構(d)