传统生物医学材料在成型后通常呈现固定的物理化学性质，属于静态结构范畴。相比之下，能够对外部刺激（如温度、光、pH或电场）作出响应并动态调控自身物理化学特性的智能材料，如形状记忆聚合物（SMPs）、刺激响应性水凝胶（SRHs）和液晶弹性体（LCEs），在生物医学领域成为备受关注的研究热点。

  近日，哈尔滨工业大学冷劲松院士团队在《Materials Science and Engineering: R: Reports》（IF 26.8）期刊上发表了题为“Stimuli-responsive smart materials for biomedical applications”的综述论文，论文完成人为哈尔滨工业大学林程副研究员、研究生杨梦娇、张风华研究员、刘彦菊教授以及冷劲松院士。

  本综述全面梳理了刺激响应性智能材料在生物医学领域的应用，详细介绍了形状记忆聚合物、刺激响应性水凝胶和液晶弹性体的刺激响应基本机制及其与先进制造技术的结合（图1）。

图1. 基于刺激响应性智能材料的生物医学装置在心脏修复、血管再通、仿生自反馈系统及骨组织再生等应用领域展现出广阔的潜力

  形状记忆聚合物（SMPs）是一类具有显著形状记忆效应的智能材料，能够被编程为任意临时形状，并在受到温度、湿度、光、电场或磁场等外部刺激时回复至其原始构型。该类材料具备大变形能力、良好的自适应性以及优异的加工性能，其可编程的形状变化特性在微创植入器械和自适应组织工程支架等生物医学领域展现出广阔的应用前景。尤为重要的是，SMPs的形状记忆行为具有高度可设计性，通过物理调控或化学改性策略，可精确调节其刺激响应机制与形状回复温度，从而针对不同的生物医学需求实现功能化定制，提供个性化解决方案。

图2. 基于SMPs的生物医疗装置

  刺激响应性水凝胶（SRHs）是一类在外界刺激下可动态调控其性能的智能材料，因其在生物医学领域的广泛应用前景而受到关注。此类材料不仅继承了传统水凝胶所具备的优异特性，如良好的生物相容性、出色的保水能力以及与生物组织相似的柔性，而且能够在热、光或pH等外部刺激作用下展现出多种功能性响应行为，包括可编程的形状重构、可逆的光学变色效应以及自主愈合能力。凭借其内在的仿生结构特征与可精确调控的刺激响应性能，SRHs有望推动下一代功能性生物医学装置的研发。

图3. 基于SRHs的生物医疗装置

  液晶弹性体（LCEs）是一类理想的刺激响应性智能材料，其特征在于将液晶分子的各向异性响应特性与轻度交联聚合物网络的机械柔韧性有机结合。在外界刺激作用下，该类材料可表现出可逆的形变行为及光学性质变化。通过协调液晶相的有序结构与弹性体基质的高弹性能，LCEs在仿生肌肉驱动的机器人假肢以及功能性组织再生等前沿领域展现出显著的应用潜力。凭借其优异的能量转换效率、本征刺激响应能力以及可编程的驱动路径，LCEs奠定了开发下一代自适应生物医学系统的重要基础。

图4. 基于LCEs的生物医疗装置

  刺激响应性智能材料凭借其独特的动态响应特性及精确的时空调控能力，在药物递送系统、组织工程、再生医学以及微创治疗技术等领域展现出变革性的应用潜力。然而，从实验室研究向产业化应用转化过程中，仍面临诸多挑战，包括长期生物安全性的系统验证、标准化评估体系的缺失，以及大规模制备过程中性能稳定性的保障等问题。未来的研究应聚焦于刺激响应机制的深入解析与先进制备工艺的优化，以推动高性能、可临床转化的生物医学器件的创新发展。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101126