小小的絲有大大的功能

材料牛注：絲綢之所以如此耐用，是因為它含有一種蛋白質——絲素蛋白，這種天然高分子纖維蛋白也常常被用來制備一些材料，具有優良的力學性能和生物相容性。目前，美國塔夫茨大學的研究人員們發明了一種利用絲素蛋白進行三維結構編程的方法，可以引入多種功能分子。這種生物材料具備多種用途，前景廣闊。

科學家們聲稱已設計出一種制備具有多種光學、化學或生物學功能的“可編程”絲狀結構的方法。例如那些在接近斷裂點時會發生顏色變化的銷或其他機械部件，或者可以傳遞藥物的固體，以及具有其他可能應用的物件。

美國塔夫茨大學的工程師們通過水相合成法，利用絲素蛋白——保證絲具有耐用性的一種蛋白——制備了一種三維體材料。這種材料就是我們所熟知的由生物分子鍵接而成的更大的結構——生物大分子。例如，纖維素就是自然界最常見的生物大分子。最近已有類似材料被用于3D打印自行車。

工程師們開發了一種方法，利用水溶性分子對這種體材料進行處理，可以形成帶有多種功能的新結構。相比于直接對一個既定結構進行修改，該處理方法可以在絲質材料形成之時就將功能分子引入其中。雖然已有類似的方法被用于制備功能性二維材料，但是塔夫茨大學的研究團隊實現了三維可編程結構的制備。

用于制備這種結構的方法是一個完全基于水相的過程，開始時為溶液狀態，然后當分子鍵合聚集成形時轉變為凝膠。在最后的階段得到固化。這項技術的一個可能的應用是給酶加載一個固體機械部件，可以長時間植入體內。

“這種將功能分子鑲嵌進生物大分子中，控制分子的自組裝，并調節其最終形態的技術為制備高性能多功能化仿生材料創造了一個巨大的機遇，”這項研究的作者Fiorenzo G. Omenetto博士說道。

在這項研究中，工程師們同時制備了一種手術銷，當其接近斷裂極限時會改變顏色；還有鑲嵌有金納米棒的功能螺絲可以根據需要通過紅外加熱，以及生物相容性較好的結構可以用于藥物釋放或其他短期植入材料。

研究人員稱他們可以想象其他可能的用途，比如可以對環境進行監測和報告的硬件設備，或者可以根據需要靈活改變形狀的家具。

絲質材料具備強韌、耐久性好、生物相容性好和生物可降解等優點。這種多功能材料同時具有提高電池性能的潛力。

原文鏈接：Scientists create silk structures with hidden powers.

文獻鏈接：Programming function into mechanical forms by directed assembly of silk bulk materials.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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