為應(yīng)對器官功能的損傷，生命體與生具有一套修復(fù)機(jī)制。動植物自我修復(fù)的化學(xué)和生態(tài)學(xué)環(huán)境完全不同，但最終的結(jié)果卻相似。在動植物的生命周期中，DNA損傷隨時發(fā)生，并導(dǎo)致可能的突變、癌變及細(xì)胞死亡。人和哺乳動物通過炎癥因子等修復(fù)；植物通過寡聚肽和寡聚糖等分子修復(fù)。生命體中的自修復(fù)涉及了諸多的級聯(lián)反應(yīng)，人們對其中確切的化學(xué)原理仍不能準(zhǔn)確理解。
高分子的自修復(fù)可通過分子層級的物理或化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)。過去的幾十年，自修復(fù)高分子的可控合成以及“類生命的”可編程高分子材料取得了長足的發(fā)展。近日，《Nature Reviews Materials》發(fā)表了克萊姆森大學(xué)Urban教授對自修復(fù)高分子的綜述性文章。Urban系統(tǒng)總結(jié)了自修復(fù)高分子的物理、化學(xué)和物理-化學(xué)機(jī)制，并指出了自修復(fù)高分子存在的挑戰(zhàn)。
范德瓦爾斯作用或形狀記憶效應(yīng)
范德瓦耳斯力通過穩(wěn)定相鄰聚合物鏈?zhǔn)怪纬伞版i-鑰”結(jié)合，增強(qiáng)了內(nèi)聚能密度。作者認(rèn)為分子動力學(xué)模擬對于現(xiàn)在難以測定的范德瓦耳斯力有巨大的幫助。
合成高分子的形狀記憶效應(yīng)在1940年代被發(fā)現(xiàn)。通過一定的設(shè)計(jì)，形狀記憶高分子在一定刺激下能夠恢復(fù)到它“記憶”的永久形狀。這種自修復(fù)主要是由熵驅(qū)動的構(gòu)象變化或鏈?zhǔn)湛s導(dǎo)致的。
共價(jià)鍵再生
動態(tài)共價(jià)鍵再生
超分子動態(tài)化學(xué)
超分子作用是一種非共價(jià)鍵作用，主要代表有氫鍵、金屬-配體絡(luò)合、π-π堆疊、離子、主客體和范德瓦耳斯力。相比于共價(jià)鍵，這些作用相對較弱，但大量超分子作用集合在一起能夠形成動態(tài)的且高機(jī)械強(qiáng)度的高分子材料。眾多生命組裝體就是基于超分子化學(xué)的原理構(gòu)筑的?；诜枪矁r(jià)鍵作用的網(wǎng)絡(luò)能夠可逆的從流體狀、低密度、高自由體積態(tài)再塑成為固態(tài)狀、低自由體積、彈性和塑性的網(wǎng)絡(luò)。超分子聚合物所具有的低玻璃化溫度使其在水凝膠上被廣泛應(yīng)用。
（1）氫鍵作用
（2）金屬-配體絡(luò)合
（3）主客體作用
（4）離子作用
類玻璃高分子
類玻璃高分子是一類較新的合成高分子材料，類似于生命體中的酶解交聯(lián)劑。類玻璃高分子的主要特征是其可交換的動態(tài)共價(jià)鍵?？梢栽诓桓淖儾牧辖宦?lián)密度的情況下由熱引發(fā)的交換反應(yīng)改變高分子網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，類玻璃高分子所處溫度超過拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)凝固轉(zhuǎn)變溫度后，其黏度遵循Arrhenius法則，表現(xiàn)出類似玻璃的性質(zhì)。
展望
最近幾十年不斷改進(jìn)的聚合反應(yīng)能力為人們提供了獲得新的、結(jié)構(gòu)可控、自修復(fù)基團(tuán)精確排布的高分子的新途徑。在現(xiàn)有商品化聚合物中修飾自修復(fù)基團(tuán)的新策略進(jìn)一步擴(kuò)展了制備方法。控制分子量和分子量分布、分子結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)位置和精確的共聚物組成將產(chǎn)生具有新性能的自修復(fù)高分子。然而，自修復(fù)高分子的技術(shù)成功將取決于商品化（共）聚合物如何通過精確可控和價(jià)格合理的聚合過程，經(jīng)濟(jì)高效地轉(zhuǎn)化為自修復(fù)高分子，以及如何將結(jié)構(gòu)理解轉(zhuǎn)化為特定功能和應(yīng)用。
最后作者總結(jié)認(rèn)為：自修復(fù)高分子的終極挑戰(zhàn)是所制造的自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)具有和生命體一樣的新陳代謝的特征。因此未來研究的終極目標(biāo)是制造類生物有機(jī)體材料（organism-like materials）：具有自主性和適應(yīng)性，像生物有機(jī)體的編碼分子一樣能夠決定自身生長和結(jié)構(gòu)組裝來響應(yīng)環(huán)境。
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