哈佛大学Nat. Mater.:仿生设计具有多级结构的形状记忆材料

闲云野鹤

2020-09-01

随着科学技术的快速发展，航空航天和可穿戴技术等领域对形状记忆器件的需求日益增长，这也就极力促使了研究朝着设计更具可裁剪性、生物相容性和生物降解性的聚合物形状记忆材料方向发展。然而，目前的形状记忆聚合物材料缺乏长程的分子有序性，使得可控高效应用这些材料受到了阻碍。有鉴于此，哈佛大学的Kevin Kit Parker教授等基于仿生设计的理念，成功开发了一个以具有多级结构角质蛋白为基础的体系，它们具有长程的分子有序性和形状记忆性质。

本文要点：

1）探索了角蛋白二级结构的亚稳态重构，即从α-螺旋向β-片的转变。将其作为一种驱动机制，设计了一种生物相容性高、可通过纤维纺丝和三维打印加工的高强度形状记忆材料。

2）利用了剪切应力诱导角蛋白原纤维（从动物毛发中提取）自组装形成向列相，从而重现蛋白质的多级结构。另外，可以通过调节这种自组装过程，以创造出具有各种各向异性和响应能力的材料。

3）将自下而上的组装和自上而下的制造相结合，可以实现坚固、多级结构分明的形状记忆纤维和3D打印支架的大规模制造，在生物工程和智能纺织品方面具有潜在的应用前景。

Cera, L., Gonzalez, G.M., Liu, Q. et al. A bioinspired and hierarchically structured shape-memory material. Nat. Mater. (2020).

DOI: 10.1038/s41563-020-0789-2

https://doi.org/10.1038/s41563-020-0789-2