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 從家蠶繭中提取的絲素蛋白 (SF) 以其優越的比拉伸強度 (≈740 MPa)、高韌性 (6 × 104 J kg-1)、柔韌性和抗磨損性而聞名。SF薄膜與人類的曲線特征兼容，而剛度和韌性的結合可以保護它們免受動態和承載力的突然機械故障。因此基于絲的材料已被用于柔性生物電子學，如心臟傳感器、腦電極、電子皮膚，以及各種類型的硬和硬植入物。

丹麥科技大學Alireza Dolatshahi-Pirouz團隊從活組織中汲取靈感，對絲綢材料進行探索，確定了一種新穎且可擴展的路線，合成具有主要基于絲綢的傳感能力的導電、粘性、可重構和粘彈性水凝膠 (CareGum)。所開發的方法是無毒、無需任何復雜的化學程序。簡單來說， SF與單寧酸 (TA)、氯化鈣 (CaCl2) 和還原氧化石墨烯 (rGO) 混合以制造 CareGum（圖 1a）。TA 是當今存在的最具反應性的小分子之一，它的樹枝狀網絡由許多富含羥基的部分組成，而是由 SF、rGO 和 CaCl2之間的弱相互作用使系統從水溶液轉變為粘性溶液。活性基團可以與SF骨架中的羥基和氨基的氫鍵介導自發自愈。帶正電荷的鈣 離子(Ca2+)與SF主鏈中的帶負電荷的基團之間的靜電相互作用，在生成具有高韌性的材料方面發揮重要作用。相比于原始材料，合成的水凝膠具有高機械韌性、伸長率為25000%、對任意和復雜表面的出色順應性、3D 可打印性、導電性增加十倍，楊氏模量增加四倍。利用這些獨特的特性，作者還開發了一種耐用且自愈的仿生手套，用于手勢感應和符號翻譯。這種CareGum 是一種新的先進材料，在機器人、仿生學、軟機器人、人機界面、3D 打印電子和柔性生物電子等領域具有廣闊的應用前景。相關文章以“The Manufacture of Unbreakable Bionics via Multifunctional and Self-Healing Silk–Graphene Hydrogels”為題發表在期刊《Advanced Materials》。

圖1，CareGums 的制備及其表征。a)用于制備 CareGum 的成分以及產生 CareGum 復合材料的化學相互作用。b)不含和含 20% rGO、SF-TA 和 CareGum作為 rGO 濃度函數的復合材料。c) SEM 圖像。d) FTIR 光譜。e) 各種 CareGum 的二級結構組成。

圖2，CareGum 具有自愈、編織和粘合性能。a) CareGum 自我修復能力片。b) 自修復復合材料的機械拉伸。c) 不同時間間隔的自修復。d) CareGum-20% 復合材料在愈合 5 分鐘后的 SEM 圖像。e) CareGum-0% 和 CareGum-20% 復合材料在1分鐘自愈前后的壓縮應力-應變曲線以及在 1、5 和 10 分鐘后計算的自愈效率。f)通過濕紡生產的類紡織品纖維及其扭曲和自愈能力。g) CareGum-20% 在不銹鋼、玻璃、人體皮膚上的內聚力與豬皮膚上的搭接剪切測量值。h)不同表面上CareGum粘合強度的比較。

圖3，力學分析。a) CareGums拉伸照片。b) CareGum應力-應變曲線。c)最大應力和應變值以及壓縮楊氏模量值。d)通過不同鍵合類型交聯的水凝膠的自修復時間的拉伸應力。e) CareGum-0% ， 20% ，30% 應變連續四個循環加載-卸載。f)應變、扭曲和彎曲函數的的歸一化電阻抗。

圖4，CareGum 流變學和印刷應用。a-c) 流變特性，包括作為溫度函數的儲能模量 (a)、剪切速率作為函數的粘度 (b) 和剪切速率作為函數的應力 (c)。d-f) CareGum-20% 的可塑性 (d)、順應性 (e) 和可注射性 (f) 的照片。g) CareGum 電路點亮 LED 燈，可自愈，甚至在已愈合部分拉伸后仍保持發光。h) 電導率與 rGO 濃度的函數。i) 通過絲網印刷生成復雜的 2D 打印結構。j)通過 1.5 毫米噴嘴在 60°C 下擠出打印成復雜的 3D 結構。

圖5，可自愈的仿生電子手套。a）電子手套制造及其潛在應用。b)用電子手套監測的各種手勢和不同位置虛擬手的相應圖像以及來自五個手指的相關信號響應。c)不同手勢相應的信號變化。

作者設想基于 CareGum 的離子電子學在機器人、控制論、仿生學、生物有機學、可穿戴電子產品和可植入設備的應用中實施。并且，CareGum可以大規模生產，因為它是通過簡單的“設計混合”程序制造的，無毒且易于獲得。生產一千克只需140 美元，生產時間不到一個小時，制備簡單，極具市場競爭力。