基于生物材料的柔性基底是可植入式和可穿着式柔性电子开荒的紧要构成部分。丝素卵白（SF）具有浸透性、生物相容性、可降解性和可植入性等上风，是制备生物基柔性基底的理念念材料。干系词，与团聚物基底比较，SF基底尚无法兑现折叠、诬蔑和拉伸等大变形，其原因在于SF的凝合态结构对力学强度和柔韧性的影响作用相背。因此，调控SF材料的力学强度和韧性，使之取得均衡，对其在可植入和可穿着柔性开荒中的应工具有紧要趣味趣味。

图1 梯度结构赋予丝素卵白薄膜可折叠性、承载性和湿度反馈默示图

      东华大学纤维材料改性国度要点本质室张耀鹏、范苏娜团队提议了一种构筑材料里面梯度结构的计策以均衡SF力学强度和韧性间的矛盾。依据Fick定律，革新丝素甲酸溶液（SF-FA）界面上方的水分子和FA的分歧称扩散，来协同指令SF薄膜造成具有从名义到里面的梯度结构。这种特有的结构使得SF薄膜具有优异的断裂强度和高模量，可撑握自己分量的千倍，可折叠成复杂的三维结构（纸鹤、纸船、纸帽等），何况伸开后无任何损坏。此外，梯度结构还赋予SF薄膜湿反馈的材干，可兑现动态跨越（Movie 1）和水分处分（Movie 2-3）。干系说合恶果以题为“Gradient structure enabled robust silk origami with moisture responsiveness”发表在Chemical Engineering Journal（图1）。论文第一作家为东华大学博士生陈杰，共同通信作家为东华大学张耀鹏汲引和范苏娜副汲引。

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Movie 1 水分运转SF薄膜的发生垂直跨越（倍速1X，甲基橙染色）

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Movie 2 湿反馈运回荡纸SF帽扩张进程（倍速4X）

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Movie 3 湿反馈运回荡纸SF帽迟滞进程（倍速16X）

图2 具有不同形容和透过率的SF薄膜的制造默示图

     在该项说合中，说合者通过革新成型进程中的湿度环境，取得了两种不同方法的SF薄膜（图2）。通过力学性能测试发现比较光滑名义的RH-90薄膜，具有树枝状的RH-50/70薄膜弘扬出更好的机械性能（图3）。RH-70薄膜的断裂强度和模量差异达到53.6 MPa和5.0 GPa。更紧要的是，RH-70薄膜在折叠后仍能保握优异的机械性能。当拉伸概念平行于SF薄膜的折痕时，断裂强度和模量差异达到48.0 MPa和3.2 GPa。即使拉伸概念垂直于SF薄膜的折痕，应力和弹性模量也仅差异裁减了14.3%和4%。这标明RH-50/70薄膜恰当用作可折叠柔性基板。

图3 折纸SF薄膜的力学性能（a）不同SF薄膜样品的机械性能；（b）不同智力制备的SF薄膜的机械性能对比；（c）沿不同概念对有折痕的RH-70的机械性能测试；（d）折纸SF薄膜的像片：（i-ii）纸鹤（i）和伸开后的薄膜（ii）；RH-70撑握200 g砝码（iii）；（iv-vi）SF纸船在水中承载1 g的纸船（iv-v）和伸开后的薄膜（vi）

     随后，该团队借助上海同步发射光源（BL15U1）对这两种机械性能互异的SF薄膜进行了真切分析。通过对SF膜截面进行每步长2 μm的扫描，标明RH-70U和RH-50U（U线路样品成型后获胜取出，未进行酒精后处理）的衍射峰强度从名义到里面渐渐裁减（图4），确认了SF薄膜存在梯度结构。关于RH-90U薄膜从名义到里面的结构倾向均匀，阐述高湿度环境下，水分子截至了SF膜梯度结构的造成。尔后经酒精处理后，RH-50和RH-70薄膜中的梯度结构得以保留，RH-90薄膜结构愈加均匀。

图4 折纸SF薄膜截面的一维广角X射线衍射图（a）RH-70U；（b）RH-90U；（c）RH-70；（d）RH-90

     临了，这种梯度结构还赋予了SF薄膜湿度反馈特质。该团队将SF的可折叠性和湿反馈性相吞并，演示了SF薄膜受湿度运转后产生的垂直跨越和水分处分（Movie 1-3）。其旨趣在于高湿度环境下SF薄膜底部接收水分子后，其里面发生氢键重组，并在膜截面产生梯度应力。跟着水分子进一步被接收，梯度应力导致SF薄膜沿x轴和y轴迁徙并发生跨越（图5）。演示展示了通过小巧的联想，可兑现SF用作潮湿致动机器东谈主和体温革新两方面的庞大后劲。

图5 湿反馈运回荡纸SF薄膜的跨越机制默示图

     上述责任得到国度当然科学基金、上海市优秀学术带头东谈主技俩等项规画资助，以及岛津上海分析中心的刘仁威博士在X射线光电子能谱（XPS，Axis Supra，Shimadzu，Japan）和上海同步发射光源BL15U1线站的张丽丽、张继超和毛成文敦厚们提供的鼎力支握。

原文衔接：

https://authors.elsevier.com/a/1g1Jj4x7R2cgja

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