對各種刺激非常敏感的生物聚合物的天然組織可以用于形成可逆的臨時(shí)交聯(lián)。但是，自組織現(xiàn)象的控制是一大難點(diǎn)。因此，這種基于生物聚合物的形狀記憶水凝膠需要設(shè)計(jì)合適的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中交聯(lián)密度起重要作用，因?yàn)樗绊懪蛎浶?，機(jī)械強(qiáng)度和水凝膠彈性。交聯(lián)密度不應(yīng)該太高(自組織的空間位阻)，并且必須考慮支持自組織的非共價(jià)相互作用的強(qiáng)度和量。

通過氫鍵或離子相互作用的臨時(shí)交聯(lián)是在生物聚合物水凝膠(例如來自多糖或多肽)中實(shí)施形狀記憶效應(yīng)的主要方法。肽衍生水凝膠的熱誘導(dǎo)SME使用氫鍵在冷卻時(shí)形成螺旋并固定臨時(shí)形狀(圖5 I)。通過加熱斷裂氫鍵誘導(dǎo)初始形狀的回復(fù)。此外，在含有石墨烯氧化物的明膠基互穿雙網(wǎng)絡(luò)中使用三螺旋用于固定臨時(shí)形狀。在該系統(tǒng)中，通過石墨烯氧化物的近紅外輻射的吸收及其隨后的熱能的轉(zhuǎn)換和耗散來誘發(fā)形狀恢復(fù)。

除了自然自組織的概念，傳統(tǒng)分子開關(guān)如熱敏疏水相互作用和pH敏感硼酸酯都被用來制備生物基形狀記憶水凝膠。作為多糖的例子，摻入離子液體的黃原膠能夠使用熱敏性規(guī)則將有序的分子間相互作用作為臨時(shí)交聯(lián)來轉(zhuǎn)換形狀(圖5 II)。

圖5 通過氫鍵和離子相互作用的形狀記憶水凝膠

(I) 膠原基水凝膠中SME的示意圖

(II) 黃原膠(a)和離子液體(b)之間網(wǎng)絡(luò)形成的示意圖。所得網(wǎng)絡(luò)(c)由咪唑鎓鹽-羧酸根對和離子液體的烷基鏈之間的分子間相互作用組成