丹麦科技大教用蚕丝加点石墨烯，一个牢不行破水凝胶仿生质料降生
【配景先容】
从家蚕茧中提取的丝素卵白 (SF) 以其优胜的比拉伸强度 (≈740 MPa)、高韧性 (6 × 104 J kg-1)、柔韧性和抗磨损性而有名。SF薄膜与人类的曲线特性兼容，而刚度和韧性的联合可以爱护它们免受动态和承载力的忽然机器妨碍。是以基于丝的质料已被用于柔性生物电子学，如心脏传感器、脑电极、电子皮肤，以及种种范例的硬和硬植入物。
丹麦科技大学Alireza Dolatshahi-Pirouz团队从活构造中吸取灵感，对丝绸质料举行探究，确定了一种新鲜且可扩展的门路，合成具有重要基于丝绸的传感本领的导电、粘性、可重谈判粘弹性水凝胶 (CareGum)。所开辟的要领是无毒、无需任何庞大的化学步伐。简洁来说， SF与单宁酸 (TA)、氯化钙 (CaCl2) 和还原氧化石墨烯 (rGO) 混淆以制造 CareGum（图 1a）。TA 是当今存在的最具反响性的小分子之一，它的树枝状网络由很多富含羟基的部门构成，而是由 SF、rGO 和 CaCl2之间的弱相互作用使体系从水溶液变化为粘性溶液。活性基团可以与SF骨架中的羟基和氨基的氢键介导自觉自愈。带正电荷的钙 离子(Ca2+)与SF主链中的带负电荷的基团之间的静电相互作用，在天生具有高韧性的质料方面发挥紧张作用。相比于原始质料，合成的水凝胶具有高机器韧性、伸长率为25000%、对恣意和庞大外貌的杰出适应性、3D 可打印性、导电性增添十倍，杨氏模量增添四倍。使用这些奇特的特性，作者还开辟了一种耐用临时愈的仿生手套，用于手势感到和标记翻译。这种CareGum 是一种新的先辈质料，在呆板人、仿生学、软呆板人、人机界面、3D 打印电子和柔性生物电子等范畴具有宽阔的应用远景。相干文章以“The Manufacture of Unbreakable Bionics via Multifunctional and Self-Healing Silk–Graphene Hydrogels”为题颁发在期刊《Advanced Materials》。
【主图导读】
图1，CareGums 的制备及其表征。a)用于制备 CareGum 的身分以及孕育发生 CareGum 复合质料的化学相互作用。b)不含和含 20% rGO、SF-TA 和 CareGum作为 rGO 浓度函数的复合质料。c) SEM 图像。d) FTIR 光谱。e) 种种 CareGum 的二级布局构成。
图2，CareGum 具有自愈、编织和粘合性能。a) CareGum 自我修复本领片。b) 自修复复合质料的机器拉伸。c) 差别时间隔断的自修复。d) CareGum-20% 复合质料在愈合 5 分钟后的 SEM 图像。e) CareGum-0% 和 CareGum-20% 复合质料在1分钟自愈前后的压缩应力-应变曲线以及在 1、5 和 10 分钟后盘算的自愈服从。f)通过湿纺生产的类纺织品纤维及其扭曲和自愈本领。g) CareGum-20% 在不锈钢、玻璃、人体皮肤上的内聚力与猪皮肤上的搭接剪切丈量值。h)差别外貌上CareGum粘合强度的比力。
图3，力学阐发。a) CareGums拉伸照片。b) CareGum应力-应变曲线。c)最大应力和应变值以及压缩杨氏模量值。d)通过差别键合范例交联的水凝胶的自修复时间的拉伸应力。e) CareGum-0% ， 20% ，30% 应变一连四个轮回加载-卸载。f)应变、扭曲和弯曲函数的的归一化电阻抗。
图4，CareGum 流变学和印刷应用。a-c) 流变特性，包罗作为温度函数的储能模量 (a)、剪切速率作为函数的粘度 (b) 和剪切速率作为函数的应力 (c)。d-f) CareGum-20% 的可塑性 (d)、适应性 (e) 和可注射性 (f) 的照片。g) CareGum 电路点亮 LED 灯，可自愈，乃至在已愈合部门拉伸后仍连结发光。h) 电导率与 rGO 浓度的函数。i) 通过丝网印刷天生庞大的 2D 打印布局。j)通过 1.5 毫米喷嘴在 60°C 下挤出打印成庞大的 3D 布局。
图5，可自愈的仿生电子手套。a）电子手套制造及其潜伏应用。b)用电子手套监测的种种手势和差别位置假造手的相应图像以及来自五个手指的相干信号相应。c)差别手势相应的信号改变。
【结论】
作者假想基于 CareGum 的离子电子学在呆板人、操纵论、仿生学、生物有机学、可穿着电子产物和可植入设置装备摆设的应用中实行。而且，CareGum可以大范围生产，由于它是通过简洁的“设计混淆”步伐制造的，无毒且易于得到。生产一千克只需140 美元，生产时间不到一个小时，制备简洁，极具市场竞争力。
参考文献：doi.org/10.1002/adma.202100047
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