从上古神话故事到近现代武侠小说，“返老还童”、“长生不老”、“断臂再生”等一直是人们关注的焦点。这些是人们一直求而不得的能力，但是这些能力在自然界中却很常见。如灯塔水母和三涡虫可以从成熟体退行生长为幼虫阶段，进而重新生长为成熟体，不仅实现“返老还童”，也实现了“长生不老”。“断臂再生”则是动物界更为常见的生长特征之一。如蝾螈、螃蟹、壁虎、蚯蚓。利用这些生长特性，生物体还可以促进其大小、形状和性能的原位变化，以满足生长的各种需求。尽管生物体的这种生长过程涉及一些复杂的分子运输、转化和整合机制，但是其基本原理可以归纳为生物体利用外部化合物经过输送和转化实现其尺寸和性能的原位可控调控。基于这一原理，各种智能生长材料被开发。相比于传统的一次加工成型的合成材料，自生长材料是一个新兴领域，可以大幅度改变材料的尺寸、形貌、成分和功能，展现出了前所未有的材料成型后调控能力。虽然在自生长有机材料的制备和应用研究方面已经取得了较多成果，但仍处于初级研究阶段，面临诸多挑战。
近年来，自生长有机材料作为一新领域，正在蓬勃发展，人们往往难以一览全貌；为此，作为最早开展自生长材料研究的团队之一——电子科技大学的崔家喜教授团队，最近以“Self-growing organic materials”为题在《Angew. Chem. Int. Ed.》期刊上首次总结了这一类新材料，系统地介绍了这类材料的特征、设计方法、独特性能和潜在的应用。
该综述首先介绍了自生长策略，基于营养液分子融入原始聚合物网络的机理不同，将其主要分为五种自生长策略，1）基于网络拓展的自生长策略；2）基于力诱导形成互穿网络的自生长策略；3）基于网络均质化的循环生长策略；4）基于形成聚合物刷的自生长策略；5）可逆生长策略。详细讨论了每一种自生长策略所展现出的生长特点、所具有的独特性能等。同时也简要地介绍了一些生长策略的局限性。其次，详细地介绍了目前开发体系中所涉及的聚合物基质中的物质迁移方式和生长的理论模型。
然后，他们也详细地讨论了这些生长策略的应用，包括本体性能调控、生长表面结构、生长诱导的自修复、4D打印、自生长植入体、致动器、自生长结构色、生长复杂结构等。
本体性能的调控是生长材料独特的优势，其可以通过生长实现尺寸和机械性能增加，形状的适应性生长等。此外，也能通过改变营养液，可实现成分的变化，如将弹性体生长为有机凝胶，并进一步生长为水凝胶。相比而言，这些性能的变化在人工合成的材料中难以实现如此巨大的变化。
表面结构是生长材料不同于人工合成材料的另一个优势，其可以在材料表面二次加工形成复杂的三维结构。
生长诱导的自修复不同于普通的自修复机制，其可以利用营养液在受损部位的聚合，在贴合的界面之间形成新的互穿网络进一步锁住界面，实现高效的自修复。基于此性能，还可以实现较大区域损伤的修复。
4D打印不同于常规的3D打印，它是在复杂的3D打印基础上，实现复杂三维结构的生长。并且生长的样品既可以在加热时被编程为临时形状后逆生长为不同于初始状态的样品，也可以在不经过热编程时逆生长为初始尺寸。
自生长植入体是自生长材料非常有前景的应用之一，将自生长材料制成“人工植入体”后，利用注射的方式，可以受力状态下实现尺寸和形状的长大。这种生长不同于传统的一次加工成型植入体，传统的人工合成植入体在生物体生长后需要手术替换新的植入体，而可生长的植入体仅仅通注射营养液和原位的整合转化既可实现生长，不需要额外的手术去替换。
自生长致动器是一种不需要任何额外能量输入的新型致动器。即可以在生长的过程中将自生长的“动力”转化为“驱动力”，实现自发、高效、可控的致动功能。
自生长结构色有效地解决了目前发展的基于光子晶体的结构色材料难以实现原位调控结构色的问题。普通的基于光子晶体的结构色材料经过加工成型后难以实现原位的颜色调控，并且也难以实现红色等长波长波段的结构色材料的构建。自生长结构色材料利用其生长能力，将制备的短波长结构色（紫色材料），通过生长调控光子带隙，实现从紫色到红色的原位可控调控。
生长复杂结构是生长材料在原位构建复杂的结构，以实现尺寸、形貌、导电率和力学等多维度的调节。这种复杂结构构建的基础是设计两种互相独立且可以彼此生长的聚合物，利用聚合物彼此之间的生长特性，既可以构建复杂的结构，也可以实现结构在尺寸、导电率和力学等多维度的调节。
最后，总结了该课题的发展前景和面临的挑战。
图1自生长材料的制备策略、聚合物网络中物质迁移、生长理论模型、性能和应用
图2 树木和交联聚合物的生长概述：（a）树木的生长示意图；（b）交联聚合物材料的生长示意图
图3聚合物网络吸收营养物实现生长的分子机制。得到的网络结构包括扩展网络、互穿网络、接枝网络和均匀随机网络。
图4自生长材料的仿真模型：（a）种子和生长样品的示意图；（b）生长样品的聚合物链结构变化示意图
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202306565
通讯作者简介：
崔家喜 电子科技大学基础与前沿研究院教授，国家青年人才，四川省青年人才，成都市“蓉漂计划”特聘专家，四川省学术和技术带头人。2008 年博士毕业于北京大学，先后在北京大学、德国马普高分子所、哈佛大学、德国莱布尼茨新材料所等国内外知名高校或科研机构从事化学领域的研究工作。主要研究方向包括：仿生聚合物材料、聚合物涂层和界面、聚合物网络结构、水凝胶、自修复材料、生物医用材料等。在Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、JACS、Angew. Chem. In. Ed.等国际著名期刊发表学术论文120多篇，引用4300多次；H指数38；i10指数77。编写英文专著（章节）2部。
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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