受蛋白质在生物系统中调节电荷传输的自然作用的启发，来自以色列海法理工学院的研究人员利用蛋白质作为构建块，创造了一种环境友好的导电聚合物。该团队的研究结果发表在该杂志上先进材料亚博网站下载7月2021年。
位于海法的以色列理工学院的一个研究小组开发出了从蛋白质中提取的透明聚合物薄膜。图片来源:Design_Cells / Shutterstock.com
这种创新的生物聚合物具有固有的生物相容性和生物可降解性，同时显示出优异的弹性和导电性(在生物材料中测量的最高)，这使得它非常适合生物和生物医学应用。亚博网站下载
现代社会认识到，对来自可持续资源而不是化石原料的聚合物材料不断增长。亚博网站下载不断消耗不可再生资源和恶化的环境驱动产业和学术界，在开发新材料时重新考虑其战略。亚博网站下载
在过去的十年中，生物基聚合物作为传统化石燃料材料的可行替代品出现在各种应用中，如增材制造、纳米技术和组织工程。亚博网站下载
由于其可用性和独特的性质，蛋白质可以作为各种应用的可持续生物材料的可再生能源。亚博网站下载生物基蛋白质聚合物可以源自各种可再生原料，包括农产品（例如玉米或大豆），诸如藻类或食物废物等替代来源，或来自现有的侧流产品（或副产品）工业过程。
蛋白质通常表现出合成材料无法比拟的固有结构和功能复杂性。亚博网站下载它们显著的功能来自于由相对较少的简单构件组装而成的分子结构。然而，随着时间的推移，这种复杂的结构-功能关系进化到在大多数复杂的环境条件下维持生命。
结合环境和可持续化学
由现实生活蛋白质结构的启发，苏候化学大学助理教授（海法以色列理工学院）和他的同事们依赖于天然蛋白质 - 蛋白质的成本效益的聚合过程，这是一种助理蛋白质结构相互作用并导致透明质子导电弹性体。
生物的电荷转移过程，如光合作用和有氧呼吸，构成了地球上生命的基础。蛋白质介导电荷传输(电子、质子和离子)的能力依赖于高度分层的蛋白质结构，其长度范围从纳米到毫米不等。
在生物膜上发生的定向质子运输是生物学中最基本的过程之一，使地球上所有生命的新陈代谢。在生物系统中，质子传输途径涉及结构水分子和特定氨基酸，其形成能够远程电荷输送的氢键网络。
自然启发生物聚合方法
模仿性质，Amdursky博士和他的团队使用实惠且易于获得的牛血清白蛋白（BSA）蛋白作为原料来创建质子导电聚合物。
对前体BSA进行简单的单壶生物聚合方法，涉及蛋白质溶解在三氟乙醇（TFE） - 水混合物（4：1V / V比）中。
溶剂混合物有助于部分地使蛋白质变性并质子化的亲核侧链。在减少前体溶液中的二硫键之后，将其滴入模具中，其中通过随机重新形成BSA分子中的二硫键来引发分子交联。
在溶剂蒸发后形成的所得透明聚合物膜在常用溶剂（例如乙醇，己烷，水等）中具有高度弹性和稳定的。
经检验，所形成的BSA膜作为弹性体表现出了吸引人的机械性能。在失效前，聚合物薄膜可以拉伸到原来长度的5倍，在80%的应变下进行100次拉伸循环后，没有任何性能损失。同时弹性体的拉伸杨氏模量约为12 MPa，具有较高的强度和弹性。
用于生物医学应用的可拉伸导电聚合物
然而，Technion的研究人员最兴奋的是这种新型聚合物的电学性能。作为一种密度高、含水的半结晶聚合物，含有多个氨基酸侧链(可以参与氢键网络)，确保了薄膜具有良好的质子导电性能。
实验数据显示质子电导率约为5 mScm－1（每厘米毫米林）在正常条件下（室温和湿度） - 一个值高于先前报告的质子导电蛋白基材料的电导率的几个数量级。亚博网站下载
BSA聚合物由于其优异的机械性能，即使在弯曲和拉伸时仍保持高度导电。蛋白质基材料的另一个优势是其表面官能团的程度，可以用于合成后的改性，以提高膜的导电性。
廉价可行的化石聚合物替代品
近年来，使用质子导电材料迅速生长，特别是能源相关的应用，例亚博网站下载如燃料电池，电池和电容器。
Amdursky博士的团队设想，这种新型聚合物的生物相容性和无毒性将使其同样适用于生物医学应用。研究人员通过使用BSA蛋白聚合物作为心电图和脑电图的独立弹性电极接口(取代了不方便使用的导电凝胶)，在概念验证层面进行了验证。
与大多数合成聚合物不同，这种新型质子导电聚合物在48小时内就可以完全生物降解。以色列科学家使用的BSA原料蛋白来自该国广泛的牛工业的废弃副产品，因此有利于使用低成本、可再生和可持续的原材料。亚博网站下载
参考和进一步阅读
Nandi R.， Agam Y.， Amdursky, N.(2021)一种用于大规模传感应用的基于蛋白质的独立质子导电透明弹性体。放置板牙。2101208.可以在:https://doi.org/10.1002/adma.202101208
s . Mondal等等。(2020)探索蛋白质生物聚合物的远程质子传导、传导机理和内部水化状态。化学。科学。, 3547 - 3556。可以在:https://doi.org/10.1039/C9SC04392F
Technion(2021)研究人员利用蛋白质开发导电生物聚合物。(在线)www.chemisty.technion.ac.IL.可以在:https://chemistry.technion.ac.il/en/Researchers-develone-conceive-biopolymers-using-priceins.（于2021年8月8日访问）。
以色列研究人员利用食物垃圾实现了多用途绿色科技的突破。(在线)www.jpost.com.可以在:https：//www.jpost.com/jpost-tech/israeli-researchers-use-food-waste-for-breaklough-multiuse-greentech-673503（于2021年8月8日访问）。
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