絲素蛋白是一種從蠶絲中提取的天然生物材料。再生絲素材料因其可塑性、高機械強度、可靠的非免疫原性而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。然而在一些應(yīng)用場景中（例如人造皮膚和柔性可穿戴器件），再生絲素材料的低韌性是亟待解決的問題。
為此，武漢紡織大學(xué)劉清濤聯(lián)合化學(xué)所張金明團隊發(fā)展了一種新的超分子交聯(lián)策略，解決了再生絲素機械強度和拉伸性能不能兼得的難題。通過一種兩端特定短肽封端PEG的流星錘狀超分子交聯(lián)劑（BPP）與絲素蛋白的共組裝來構(gòu)建超分子雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而使再生絲素材料具有高強度和高韌性。超分子交聯(lián)后的再生絲素薄膜的韌性明顯提高，是正常再生絲素薄膜的10倍，且?guī)捉鼰o限次循環(huán)再生利用，無明顯力學(xué)性能損失。此外，此超分子交聯(lián)再生絲素薄膜在可見及近紅外區(qū)具有高透明性（89%）；在中紅外區(qū)，特別是在長波紅外（LWIR）大氣透明窗口（8-13 µm）卻具有高發(fā)射率（90.5%），這使得這個超分子交聯(lián)絲素薄膜成為一種有前途的透明被動輻射冷卻材料。例如在無額外額能量輸入情況下，此薄膜可致人體手臂皮膚溫度降低2.7 ℃，太陽能電池板表面溫度降低14.6 ℃。
這項研究工作中提高再生絲素材料的強度和韌性設(shè)計主要通過加入一種自制的兩端用GSGAGA短肽封端的PEG的流星錘狀分子（BPP）與絲素共組裝實現(xiàn)。(GSGAGA)n是絲素蛋白結(jié)晶區(qū)的基本單位，此GSGAGA序列很容易通過共組裝相互作用與絲素形成穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)，共組裝構(gòu)成的β-折疊結(jié)晶區(qū)為材料提供機械強度。中間的柔性PEG嵌段為絲素提供延展性，其與PEG鏈長度相關(guān)。在溶劑的蒸發(fā)后，交聯(lián)劑端基GSGAGA序列與絲素蛋白的類似序列共組裝的β-折疊結(jié)晶區(qū)構(gòu)成交聯(lián)核心，絲素肽鏈中的隨機卷曲或α-螺旋的構(gòu)成原有的硬交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以及合成交聯(lián)劑柔性段PEG的構(gòu)成軟交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。軟硬雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成使應(yīng)力在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)響應(yīng)外力傳遞，從而使再生的絲素材料具有優(yōu)異的延展性和韌性。
圖1 超分子交聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、超分子交聯(lián)劑與絲素蛋白共組裝構(gòu)成雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖及承受拉伸狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意
使用BPP2000超分子交聯(lián)的（BPP2000/SF）薄膜應(yīng)力和應(yīng)變分別達到27.8 MPa和147%，比PEG2000與絲素簡單共混（PEG2000/SF）薄膜的應(yīng)力和應(yīng)變分別提高36%和96%。BPP2000/SF薄膜的韌性和楊氏模量分別高達3.6 MJ·m-3和3.9 MPa，分別是PEG2000/SF共混薄膜的2.4倍和1.46倍。另一個樣品，BPP1000超分子交聯(lián)的（BPP1000/SF）絲素薄膜在應(yīng)力和應(yīng)變也有類似的提升，韌性和模量分別是共混PEG1000/SF薄膜的2.7倍和1.75倍。通過超分子交聯(lián)的絲素材料相比傳統(tǒng)共混的絲素材料的機械性能和拉伸性能都有巨大的提升。僅一個20 mg薄膜樣品可以成功舉起2000 g砝碼，超過其重量的10萬倍，其延伸率僅為5.1%，低于屈服點（5.6%），這種形變可在放置一段時間自然恢復(fù)。
圖2 超分子交聯(lián)的絲素復(fù)合膜與PEG/絲素共混膜的力學(xué)性能比較
原文鏈接：inktype="text" imgurl="" tab="outerlink" data-linktype="2" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; text-decoration-line: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0); -webkit-user-drag: none; cursor: default; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202406920
為此，武漢紡織大學(xué)劉清濤聯(lián)合化學(xué)所張金明團隊發(fā)展了一種新的超分子交聯(lián)策略，解決了再生絲素機械強度和拉伸性能不能兼得的難題。通過一種兩端特定短肽封端PEG的流星錘狀超分子交聯(lián)劑（BPP）與絲素蛋白的共組裝來構(gòu)建超分子雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而使再生絲素材料具有高強度和高韌性。超分子交聯(lián)后的再生絲素薄膜的韌性明顯提高，是正常再生絲素薄膜的10倍，且?guī)捉鼰o限次循環(huán)再生利用，無明顯力學(xué)性能損失。此外，此超分子交聯(lián)再生絲素薄膜在可見及近紅外區(qū)具有高透明性（89%）；在中紅外區(qū)，特別是在長波紅外（LWIR）大氣透明窗口（8-13 µm）卻具有高發(fā)射率（90.5%），這使得這個超分子交聯(lián)絲素薄膜成為一種有前途的透明被動輻射冷卻材料。例如在無額外額能量輸入情況下，此薄膜可致人體手臂皮膚溫度降低2.7 ℃，太陽能電池板表面溫度降低14.6 ℃。
這項研究工作中提高再生絲素材料的強度和韌性設(shè)計主要通過加入一種自制的兩端用GSGAGA短肽封端的PEG的流星錘狀分子（BPP）與絲素共組裝實現(xiàn)。(GSGAGA)n是絲素蛋白結(jié)晶區(qū)的基本單位，此GSGAGA序列很容易通過共組裝相互作用與絲素形成穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)，共組裝構(gòu)成的β-折疊結(jié)晶區(qū)為材料提供機械強度。中間的柔性PEG嵌段為絲素提供延展性，其與PEG鏈長度相關(guān)。在溶劑的蒸發(fā)后，交聯(lián)劑端基GSGAGA序列與絲素蛋白的類似序列共組裝的β-折疊結(jié)晶區(qū)構(gòu)成交聯(lián)核心，絲素肽鏈中的隨機卷曲或α-螺旋的構(gòu)成原有的硬交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以及合成交聯(lián)劑柔性段PEG的構(gòu)成軟交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。軟硬雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成使應(yīng)力在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)響應(yīng)外力傳遞，從而使再生的絲素材料具有優(yōu)異的延展性和韌性。
圖1 超分子交聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、超分子交聯(lián)劑與絲素蛋白共組裝構(gòu)成雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖及承受拉伸狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意
使用BPP2000超分子交聯(lián)的（BPP2000/SF）薄膜應(yīng)力和應(yīng)變分別達到27.8 MPa和147%，比PEG2000與絲素簡單共混（PEG2000/SF）薄膜的應(yīng)力和應(yīng)變分別提高36%和96%。BPP2000/SF薄膜的韌性和楊氏模量分別高達3.6 MJ·m-3和3.9 MPa，分別是PEG2000/SF共混薄膜的2.4倍和1.46倍。另一個樣品，BPP1000超分子交聯(lián)的（BPP1000/SF）絲素薄膜在應(yīng)力和應(yīng)變也有類似的提升，韌性和模量分別是共混PEG1000/SF薄膜的2.7倍和1.75倍。通過超分子交聯(lián)的絲素材料相比傳統(tǒng)共混的絲素材料的機械性能和拉伸性能都有巨大的提升。僅一個20 mg薄膜樣品可以成功舉起2000 g砝碼，超過其重量的10萬倍，其延伸率僅為5.1%，低于屈服點（5.6%），這種形變可在放置一段時間自然恢復(fù)。
圖2 超分子交聯(lián)的絲素復(fù)合膜與PEG/絲素共混膜的力學(xué)性能比較
原文鏈接：inktype="text" imgurl="" tab="outerlink" data-linktype="2" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; text-decoration-line: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0); -webkit-user-drag: none; cursor: default; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202406920
