小小的丝有大大的功能

欧洲足球赛事 注：丝绸之所以如此耐用，是因为它含有一种蛋白质——丝素蛋白，这种天然高分子纤维蛋白也常常被用来制备一些材料，具有优良的力学性能和生物相容性。目前，美国塔夫茨大学的研究人员们发明了一种利用丝素蛋白进行三维结构编程的方法，可以引入多种功能分子。这种生物材料具备多种用途，前景广阔。

科学家们声称已设计出一种制备具有多种光学、化学或生物学功能的“可编程”丝状结构的方法。例如那些在接近断裂点时会发生颜色变化的销或其他机械部件，或者可以传递药物的固体，以及具有其他可能应用的物件。

美国塔夫茨大学的工程师们通过水相合成法，利用丝素蛋白——保证丝具有耐用性的一种蛋白——制备了一种三维体材料。这种材料就是我们所熟知的由生物分子键接而成的更大的结构——生物大分子。例如，纤维素就是自然界最常见的生物大分子。最近已有类似材料被用于3D打印自行车。

工程师们开发了一种方法，利用水溶性分子对这种体材料进行处理，可以形成带有多种功能的新结构。相比于直接对一个既定结构进行修改，该处理方法可以在丝质材料形成之时就将功能分子引入其中。虽然已有类似的方法被用于制备功能性二维材料，但是塔夫茨大学的研究团队实现了三维可编程结构的制备。

用于制备这种结构的方法是一个完全基于水相的过程，开始时为溶液状态，然后当分子键合聚集成形时转变为凝胶。在最后的阶段得到固化。这项技术的一个可能的应用是给酶加载一个固体机械部件，可以长时间植入体内。

“这种将功能分子镶嵌进生物大分子中，控制分子的自组装，并调节其最终形态的技术为制备高性能多功能化仿生材料创造了一个巨大的机遇，”这项研究的作者Fiorenzo G. Omenetto博士说道。

在这项研究中，工程师们同时制备了一种手术销，当其接近断裂极限时会改变颜色；还有镶嵌有金纳米棒的功能螺丝可以根据需要通过红外加热，以及生物相容性较好的结构可以用于药物释放或其他短期植入材料。

研究人员称他们可以想象其他可能的用途，比如可以对环境进行监测和报告的硬件设备，或者可以根据需要灵活改变形状的家具。

丝质材料具备强韧、耐久性好、生物相容性好和生物可降解等优点。这种多功能材料同时具有提高电池性能的潜力。

原文链接：Scientists create silk structures with hidden powers.

文献链接：Programming function into mechanical forms by directed assembly of silk bulk materials.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，黄亚编译，点我加入材料人编辑部。

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