仿生蛋白質創造二維分層複合材料

科技日報北京7月25日電 （實習記者張佳欣）據最新一期《美國國家科學院院刊》報道，美國賓夕法尼亞州立大學研究人員利用魷魚環齒上的仿生蛋白質創造了一種複合的層狀二維材料，這種材料具有抗斷裂和很強的彈性。

大自然創造出像骨頭、貝殼這樣的分層材料，正是這種多級結構才確保了骨頭具有極高的抗斷裂強度，得以支撐龐大的身體。骨頭中含有無數空隙，然而，隨着生長發育，它對缺陷的敏感度會降低。這意味着即使骨頭已經含有諸多“缺陷”，也依然具有較高的強度。

賓夕法尼亞州立大學高級纖維技術中心主任、勞埃德和多羅夕福爾哈克仿生材料主席梅利克·德米雷爾和多蘿西·福爾·哈克表示：“研究人員很少報告骨頭和貝殼的這種界面特性，因為它很難通過實驗進行測量。”

以此為靈感，新開發的複合二維材料是由像石墨烯或MXene（通常是過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物）這樣的原子層厚的硬材料組成的，這些材料之間被一層東西黏合並隔開。雖然大塊石墨烯或MXene具有塊體性能，但二維複合材料的強度來自界面性質。

德米雷爾介紹説，他們使用的是一種界面材料，可通過重複序列加以修改，從而能夠微調性質，讓它變得靈活而強大。此外，這種材料還具有獨特的熱傳導性質。

“這種材料很適合做跑鞋的鞋墊。”德米雷爾説，“它可以給腳部降温，反覆彎曲也不會把鞋墊弄壞。”這些二維複合材料還可用於柔性電路板、可穿戴設備和其他需要強度和靈活性的設備。

根據德米雷爾的説法，傳統的連續介質理論無法解釋為什麼這些材料既堅固又靈活，但模擬表明，界面很重要。當組成界面的材料比例較高時，當材料受到壓力時，界面會發生局部斷裂，但作為整體的材料不會斷裂。

【總編輯圈點 】

搜索“魷魚環齒”，會發現科研人員早已對它摩拳擦掌，開展過多項研究，並嘗試在不同領域應用。魷魚環齒蛋白質可被加工製成纖維和薄膜，可以替代塑料製品，提升織物的耐磨性，製作可穿戴設備……當然，要大規模應用這種仿生材料，需要先製造出仿生蛋白質，畢竟也不能一隻只抓住魷魚扒拉蛋白質。本文中，科研人員用仿生蛋白質製造出複合層狀材料，可以讓它又堅固又靈活。從大自然的神奇生物身上，人類獲得了很多“外掛”，改造後為自己服務。