性能奇特的可彎曲蛋白質晶體！

材料牛注：研究人員采用化學鍵和的方法，使多孔薄膜蛋白質晶體實現彎曲變形，且自適應性強，其潛在應用領域包括柔性電子器件和電池等。

美國研究人員采用一種無缺陷多孔薄膜材料，它的孔隙可以自由“呼吸”：在不破壞的條件下連續的打開和閉合。這種材料表現出有悖于直覺的機械性能。與披薩面團在拉伸后變薄不同，這種薄層材料可以在各個方向膨脹（拉伸時）或收縮（壓縮時）。這種不尋常的特性使這種蛋白質材料可用于構建具有高彈性、化學性質可調節的輕質材料。

這是首次在分子水平上對薄膜材料進行設計，使其呈現出拉脹行為，即在作用力法向方向變厚而非變薄。拉脹材料的優異性能表現在吸收噪聲和振動，抗剪，抗壓痕，抗斷裂等方面，并且可以對孔隙結構進行優化和控制。這些特性使其適合用于過濾器，傳感器，輕質高彈復合材料，層壓性優異的包裝材料，移動電子設備（如智能手機），裝甲防護，新能源汽車與飛行器等。

二維晶體材料因擁有獨特的晶體結構、機械性能和電子特性而應用廣泛。雖然包含一個或幾個原子（或分子）層結構的二維材料的新技術已獲得應用，但自下而上組裝二維晶體材料以及經歷大規模運動而沒有結晶度損失的動態二維晶格設計一直是熱點研究領域。在二維材料中，蛋白質晶體因其結構和化學多樣性以及獨特的內在功能而極具發展潛力。雖然二維蛋白質的設計和合成領域已經取得了一些進展，但集成動態（自適應）特征必將極大拓寬其功能范圍。

加州大學圣地亞哥分校的研究人員采用簡單化學鍵和以及簡易的分子設計方法，控制蛋白質進行組裝和合成非支撐蛋白質晶格，晶格具有精確的空間排布方式。含硫氨基酸在經改性的方形蛋白質晶體的各個部位加入，以確保二硫鍵定向自組裝。通過化學方法去除含硫氨基酸中的氫原子使硫基團聚合，從而觸發多孔蛋白質晶格的組裝。研究人員采用這種化學鍵和方法的原因在于二硫鍵含有很強的鍵和力，同時可逆性使其能完成自修復。另外，這些結合鍵長度雖短，但是適應性強及化學可調節性強，具有良好的刺激反應性，容易設計以實現工程應用。

二硫鍵的可逆性可確保原始二維晶格的自修復和組裝，其靈活性還可使個體的蛋白質組元旋轉以保證晶格孔隙打開與閉合的一致性。令人意外的是，蛋白質組元的旋轉運動導致晶格在各個方向的膨脹與收縮具有各向同性。這種拉脹材料被認為具有優良的機械性能，包括高能量吸收，優異的抗斷裂性和彈性等。

原文鏈接：Breathable and Stretchable Protein Wafers。

本文由編輯部楊洪期提供素材，李玉飛編譯，點我加入材料人編輯部。

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