智能聚合物微球（SPM）作为一类具有环境响应特性的先进功能材料，近年来因其精准的刺激响应能力和可调控的物理化学性质，在生物医学、环境工程与智能材料领域展现出重要应用潜力。通过温度、光、pH、磁场等外界刺激触发物理或化学性质的转变，从而实现功能的智能调控，赋予微球“按需响应”特性，其应用范围从传统的靶向药物递送可拓展至环境污染物清除、智能加密涂层、微纳机器人制造等新兴领域，成为多学科交叉创新的前沿载体（图1）。

图1.智能聚合物微球的制备、分类、响应类型及其应用

  近日，哈尔滨工业大学冷劲松院士团队在《ACS Nano》期刊上发表了题为“Smart Polymer Microspheres: Preparation, Microstructures, Stimuli-Responsive Properties, and Applications”的综述论文，哈尔滨工业大学博士研究生郭涛、罗兰副研究员为本文的共同第一作者，哈尔滨工业大学张风华研究员、冷劲松院士为本文的共同通讯作者。本综述全面梳理了智能微球的“制备-结构-响应-应用”全链条研究框架，详细介绍了智能微球的物理法（乳化溶剂挥发法、微流控、静电喷涂等技术）与化学法（乳液聚合、种子溶胀、沉淀聚合等技术）制备工艺，深入探讨了不同工艺对微球尺寸、微观结构及表面功能的调控机理（图2）。

图2.聚合物微球的多种结构

  基于智能聚合物微球的刺激响应多样性，重点阐述了智能聚合物微球的响应方式：物理（温度、磁场、光、机械）刺激响应智能聚合物微球、化学（Ph、离子）、生物（蛋白质、酶、葡萄糖）及多重刺激响应智能聚合物微球（图3），分析了多重刺激协同响应的复合型微球设计策略。

图3.物理刺激响应智能聚合物微球

  智能聚合物微球以其独特的刺激响应特性，在多个领域展现出重要应用价值。在生物医学领域中，通过调控微球结构与响应机制，可实现“病灶定位-按需释药-组织再生”功能一体化（图4-5）；在环境污染治理中通过离子响应可快速清除重金属（图6）；在信息加密领域开发光热变色动态防伪技术；通过温敏相变微球开发自修复防腐涂层（图7），解决极端环境下材料老化问题。

图4.智能聚合物微球在微纳机器人领域中的应用以实现在体内的病灶定位

图5.智能聚合物微球在组织工程领域中的应用

图6.智能聚合物微球在环境污染治理领域中的应用

图7.智能聚合物微球在智能涂层领域中的应用

  智能聚合物微球凭借其微观结构可编程性和环境响应特性，为材料科学、生物医学与人工智能的交叉带来创新范式。然而，该技术体系仍面临着如下挑战：规模化制备的批次稳定性、长期服役的生物相容性验证以及环境降解行为的精准调控。研究前沿正不断进行着技术迭代：通过发展绿色合成工艺以降低有机溶剂依赖性，构建闭环回收体系增强环境兼容性，以及引入仿生学原理构建具有自我反馈功能的新一代智能微球系统。展望未来，智能微球不仅可通过表面功能化修饰实现了分子识别与信号转导的智能化跃迁，推动精准药物递送系统、仿生柔性传感界面和微型能量存储装置等关键领域的技术突破，更可能通过跨尺度集成制造策略，推动材料体系完成从基础研究到产业转化的跨越式发展。

  该项研究成果获得了国家自然科学基金的大力支持。

  课题组简介：

  冷劲松院士团队长期从事于智能材料结构及其应用研究。在航天领域，研制了基于形状记忆聚合物复合材料的可展开铰链、桁架、重力梯度杆、天线、太阳能电池、离轨帆、锁紧释放机构等智能结构 (Chem. Eng. J., 2025, 505, 159558; Compos. Part A-Appl. S.,2024, 190, 108595; Chem. Eng. J., 2024, 489, 150956; Chem. Eng. J., 2023, 457, 141282; Small, 2023, 2307244; Sci. China. Technol. Sc., 2020, 63, 1436–1451; Smart Mater. Struct., 2022, 31, 025021; Compos. Struct., 2022, 280, 114918; Compos. Struct., 2022, 290, 115513)，可应用于各种卫星平台、空间站、探月工程、深空探测工程等。设计制备了构型、力学性能可调节、可重构的拉胀力学超材料和像素力学超材料 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2408887; Adv. Funct. Mater., 2023, 34, 2316181; Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2107795)。在生物领域，基于形状记忆聚合物等智能材料开发了多种智能生物支架和人工假体 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2402592; Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2312036; Adv. Fiber Mater., 2023, 5, 632-649; Research, 2023, 6, 0234; Biomaterials, 2022, 291, 121886; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 42568-42577)。冷劲松院士团队自主设计并研制的基于形状记忆聚合物的中国国旗锁紧展开机构，于2021年5月在天问一号上成功展开，使我国成为世界上首个将基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构应用于深空探测工程的国家 (Smart Mater. Struct., 2022, 31, 115008.)。

  链接地址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c00998