聚乙二醇相态调控:丝素蛋白压电薄膜的强韧化新策略被ACS Applied Materials & Interfaces录用

发布时间:2026年05月29日

丝素蛋白(SF)作为一种天然生物高分子,具有良好的生物相容性、可降解性和丰富的来源,在可持续柔性电子与可穿戴健康监测领域潜力巨大。然而,再生丝素蛋白(RSF)的β折叠含量远低于天然蚕丝,导致其压电响应极弱;同时,RSF加工性能差、脆性大,难以满足实际应用中对反复弯曲和大变形的需求。如何在保持生物降解性的前提下,同步提升RSF的压电输出性能和力学延展性,是该领域亟待解决的关键科学问题。

针对上述挑战,本论文提出了一种简便且高效的聚乙二醇(PEG)相调控策略。通过添加不同分子量的聚乙二醇(PEG)来诱导氢键作用下β-片层结构的形成并调控PEG相形态,从而在静电纺丝再生丝素蛋白(RSF)纳米纤维膜中显著提升压电性能和力学性能。具体而言,含有2000 Da1000 Da PEGRSF在抗拉强度(从6.1 MPa提高到9.92 MPa)和断裂伸长率(从5.72%提高到117.58%)方面均表现出显著改善。与此同时,由分子量为2000 Da400 DaPEG改性的RSF复合材料的直接压电力灵敏度分别为0.2 mV/N·μm0.14 mV/N·μm,明显优于纯RSF0.04 mV/N·μm)。基于该复合材料制备的柔性压电力传感器在摩斯密码传输、握力检测、膝关节弯曲监测及足部运动识别等多种人体活动的灵敏监测方面具有潜在应用。此外,该复合材料保持了丝素蛋白固有的生物可降解性,且降解速率可通过PEG分子量及含量进行调控。这为高性能可生物降解压电材料的设计提供了新思路,也为一次性可植入型柔性电子器件的提供了新材料支持。

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Mu-Han Chen, Yi-Di Hu, Yu-Jie Wu, Jia-Xing Guo, Kai Ke*, Yu Wang, Bo Yin, Wei Yang. Boosting Piezoelectricity and Mechanical Properties of Silk Fibroin Films via Polyethylene Glycol Phase Manipulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 2026, 18(20), 29091–29102. 全文链接:https://doi.org/10.1021/acsami.6c02587