弹性体作为日常和工业用关键结构材料，在航空航天、生物医疗及可穿戴设备领域应用广泛。然而，传统热固性弹性体（如丁基橡胶）不可降解且难以再加工，长期污染环境；而现有可生物降解弹性体又缺乏可重复加工性，医用植入体甚至需二次手术取出。开发兼具生物降解性、熔融再加工能力及优异弹性（>100%应变下回弹性与抗疲劳性）的材料，成为解决“生物降解-再加工-弹性”三重困境的国际难题。近期，中国科学院宁波材料所胡本林研究员、王静刚教授级高工、刘斐研究员合作团队在《先进功能材料》发表创新成果，提出“解锁本征熵弹性”策略，通过一锅熔融缩聚法成功制备可变组成的聚(乙烯-环己烷二甲醇丁二酸酯)（PECS）共聚酯。该材料单条分子链同时发挥可逆网络和物理交联点作用，其机械性能随乙二醇（EG）含量增加从塑性转变为弹性，弹性恢复率高达90%（200%应变下），并具备多重熔融再加工性、优异血液相容性和生物降解性，有望替代不可降解弹性体缓解塑料污染。

图1 揭示了该团队的核心设计策略。与传统热塑性弹性体（TPEs）依赖硬段（聚酯）和软段（聚醚）的相分离结构不同（图1A），新策略通过三元共聚实现均质分子结构：以非平面环状单体（1,4-环己烷二甲醇）为第一单体，丁二酸为第二单体，通过引入第三单体乙二醇（EG）降低玻璃化转变温度（Tg），使单链兼具物理交联功能与本征熵弹性（图1B），最终获得可生物降解热塑性弹性体（BTPEs）。

图1. “解锁本征熵弹性”策略设计可生物降解热塑性弹性体示意图。A) 传统TPEs的相分离结构，由硬段（蓝色）和软段（橙色）组成；B) 通过第三单体（红色）共聚调控均聚物（绿色）的熵弹性，使单链解锁本征熵弹性，最终获得BTPEs（棕色）。

图2 展示了PECS的化学结构与性能表征。核磁共振谱（图2B-C）证实成功合成高分子量无规共聚酯，其分子量可达83 kDa。热分析显示材料在空气/氮气中热分解温度均高于350℃。通过调控EG比例（2%-38%），玻璃化转变温度显著降低，而室温退火实验（图2E）表明材料具有缓慢结晶特性——约16天达结晶平衡，形成尺寸约3.5 nm的微晶（物理交联点）和扩大的非晶区（5.7-14.5 nm），为熵弹性提供基础。

图2. PECS共聚酯的化学、热力学及微观结构表征。A) PECS化学结构；B) ¹H NMR谱（蓝框显示EG比例递增）；C) ¹³C NMR谱；D) 不同组分PECS的DSC曲线；E) PECS38随结晶时间延长的DSC曲线；F) DMA分析；G) SAXS图谱。

图3 呈现了突破性的力学性能。随着EG比例增加，材料从塑性（PECS2）转变为弹性（PECS38），屈服现象消失且弹性恢复率跃升至87%（200%应变下）（图3A-B）。PECS38展现超强抗疲劳性：12,000次循环后残余应变<15%（图3D），断裂韧性高达343.59 MJ/m³，可承受自重10,000倍的载荷。原位X射线散射（图3E）证实拉伸过程中晶体取向可逆变化，能量分析进一步揭示其独特回弹机制（图3F）。

图3. PECS共聚物力学性能。A) 不同EG比例样品的应力-应变曲线；B) 200%应变下循环应力-应变曲线；C) PECS38不同应变下的循环曲线；D) 抗疲劳性能（100%应变循环）；E) 拉伸应变下的SAXS图谱；F) 回弹能量分析。

图4 验证了临床应用潜力与降解性能。细胞实验显示PECS薄膜支持成纤维细胞高活性增殖（存活率>85%）（图4A-B），溶血率仅0.1%（<5%安全阈值）（图4C）。在酶降解实验中，PECS38一天内失重超40%（图4D），电镜显示表面形成1-20 μm降解孔洞（图4F）；堆肥降解180天后生物降解率达88.8%（图4E），超过微晶纤维素参比样的92.4%，且EG含量越高降解越快。

图4. PECS共聚物生物相容性与降解性能。A) CCK-8细胞活性荧光显微图（标尺：100 μm）；B) MC3T3-E1细胞活性（CCK-8法）；C) 溶血率测定；D) 酶促降解失重曲线；E) 堆肥降解曲线（MCC为参照）；F-G) PECS38在酶降解(F)和堆肥降解(G)不同时期的SEM图像。

总结展望

该研究通过“单链双功能”创新设计，结合一锅法公斤级量产工艺，成功破解生物降解弹性体的性能瓶颈。PECS材料家族凭借可调节的力学性能、多重再加工能力和卓越生物相容性，为开发低成本、高性能且环境友好的弹性体提供了新范式，在医疗植入、可穿戴设备及可持续材料领域具有广阔应用前景。