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最新《AM》:取代导电凝胶?基于蛋白质的质子导电透明弹性体

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与质子传导聚合物完全不一样,定向质子传输是生物学的基础,蛋白质在其中起了重要的作用。有趣的是,跨合成聚合物的质子传输机制与天然蛋白质中的质子传输机制相似——水分子和聚合物的官能团(在合成聚合物中通常是磺酸盐,而在蛋白质中是氧化氨基酸)之间的氢键网络支持质子传输。然而,由于两个主要原因,基于蛋白质的质子传导聚合物目前无法转化为实际应用。首先,与常见的合成质子传导聚合物相比,蛋白质基聚合物具有较低的电导率。其次,现有的大多数蛋白质基导电聚合物都是基因表达蛋白质,大规模地生产它们十分的昂贵和耗时。值得一提的是,在可生物降解的电子设备中使用蛋白质作为材料来源,是当前科学界的一项挑战。

来自以色列理工学院的Nadav Amdursky等人利用牛血清白蛋白(BSA)的氨基酸残基在不同蛋白质之间进行交联,从而形成独立的不溶性薄膜,开创了一种生产质子传导聚合物的新方法。

文章亮点:

(1)原材料是从废品中回收的,而不是从头开始合成或表达蛋白质,非常经济。

(2)工艺简单,仅涉及蛋白质在适当的混合溶剂中的溶解、自聚合和浇铸。这个过程与之前关于使用BSA作为原材料的其他相关研究形成鲜明对比,后者涉及加热溶液、使用电纺丝机或其他复杂的步骤。

(3)能够生产不溶性透明薄膜,在室温下具有≈5 mS·cm-1的高质子电导率,并具有十分吸引人的机械性能,能够拉伸到其长度的五倍。这种特性高度优于以前报道的基于质子导电的BSA电纺垫的机械性能和电性能。与本文的BSA薄膜相比,其电导率低了近两个数量级。

(4)本文进一步地表明,使用蛋白质的另一个优点是其可以通过氨基酸残基进行各种合成后修饰。所合成出的新聚合物可以作为固态离子传导聚合物直接应用在生理信号的电感应中,能取代目前繁琐的导电凝胶的使用。

图1. 聚合策略和最终的 BSA 薄膜

图2. BSA薄膜的光谱和结构表征

图3. BSA薄膜的机械性能

图4. BSA薄膜的电响应

图5.使用BSA薄膜作为固态电极进行电生理信号传感

--企业减碳--

--科研绘图--

来源:高分子科学前沿

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