厦大AFM：介观重建的丝素蛋白材料，用于医学电子皮肤

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一、文章概述

柔性电子设备和可植入设备已被广泛应用于医疗保健监控。天然生物材料因其高生物相容性和可生物降解性而被优选用于这些技术的开发。用于生物相容性柔性电子传感器的材料的机械和电气特性同样重要，同时还必须优先考虑生物相容性和生物降解性。很少有柔性材料和生物材料能够满足所有这些性能要求。但是，基本的柔性材料的介观工程显示出解决该问题的希望。（介观是介于宏观与微观之间的一种体系。处于介观的物体在尺寸上已是宏观的，因而具有宏观体系的特点；但是由于其中电子运动的相干性， 会出现一系列新的与量子力学相位相联系的干涉现象, 这又与微观体系相似，故称"介观"。来源：360百科）

丝素蛋白（SF）的最新研究表明，SF蛋白结构的分层设计可用于实现出色的机械强度和功能化。由此可见，宏观行为不是在原子或纳米尺度上表现出来的，而是在介观尺度上表现出来的。家蚕是图1a所示的多层层次网络结构的特征。从下至上，在以下五个级别上确定了层次网络结构：1）氨基酸序列、2）二级结构、3）β-微晶、4）晶体网络或纳米原纤维以及5）纳米原纤维网络。这表明在中尺度上改变软材料的分子结构可以赋予材料新的和增强的性能。柔性材料的这种重构导致新的稳定的介观结构，以实现期望的性能，并且可以被认为是新介观材料的创造。

在这方面，迫切需要在机械和电气方面对SF进行介观重建，以实现其目的，需要一种可用于监视脉冲信号的超高灵敏度压力传感器。在这方面，可以通过将填料或分子添加到SF材料的介观重构或杂化中来实现。这项研究调查了具有显着改善的机械性能和电性能的柔性SF材料的开发，该材料用于生产用于监视生理状况的柔性高性能压力传感器。通过使用WK的介观杂交和CNT介观掺杂来重建SF的介观结构，从而获得了新的增强的材料性能（图1）。

二、图文导读

丝绸材料的分层介观网络结构。

a）丝绸材料的等级网络结构中的各个级别。

b）SF材料的重折叠途径和分层介观结构的形成。这经历了两个关键步骤：1）SF材料的展开；2）展开的SF材料的重新折叠。途径1：未折叠的SF分子的重新折叠引起SF分子的分级介观结构的形成。途径2：通过WK通过SF的介观结构杂交可以改变SF材料的机械柔韧性。WK分子的添加允许将α螺旋掺入SFβ结晶网络中。途径3：添加CNT将重新引导SF分子分层结构的形成。通过碳纳米管对SF杂化物的介观重构，可以提高电导率。

c）SF重折叠的过程是通过连续成核来控制的，加入WK和/或CNT将降低成核屏障，从而改变重折叠过程的路线，从而导致SF材料的介观杂交或重建。

丝素蛋白材料的介观重建。

压力传感器中蛋白质传导膜的制备，应用，基本传感性能和基本特征（稳定性，特异性和寿命）。

可调式柔性传感器的出色性能。

用于人体运动检测的介观应变传感器。

传感器与电容器和电感器串联以形成谐振回路。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202100150

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