通訊作者：劉遵峰，周翔，朱美芳

通訊單位：南開大學、中國藥科大學、東華大學

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蜘蛛絲以其卓越的高強度和韌性組合而聞名，這源于紡絲過程中由蛋白質肽鏈組裝成的層級結構。 在本研究中，通過優化聚合物鏈的柔韌性，建立了超細納米纖維，從而在聚電解質人工蜘蛛絲中展現了介于1.83 GPa和238 MJ m-3到0.53 GPa和700 MJ m-3之間的斷裂強度和韌性的組合。 這是通過引入離子來控制聚合物鏈的解離，並在外部應力下的蒸發誘導自組裝實現的。此外，人工蜘蛛絲具有熱驅動的超收縮能力。本研究爲設計高性能纖維材料提供了靈感。

圖文導讀

圖1：通過調節聚合物鏈的解離程度來建立聚電解質人工蜘蛛絲的超細納米纖維。通過粗粒化分子動力學模擬顯示，隨著解離程度α的增加，聚合物鏈簇從多分支形狀轉變爲高度解離的狀態。

圖2：通過掃描電子顯微鏡(SEM)圖像展示了不同解離程度α值下PAF表面微帶的演變，以及PAFα的斷裂應力、斷裂應變和韌性的比較。

圖3：通過原子力顯微鏡(AFM)相位圖像和偏振光顯微鏡(POM)圖像展示了PAFα的不同α值下的納米纖維結構和分子鏈的取向度，以及通過二維小角X射線散射(2D SAXS)和二維廣角X射線散射(2D WAXS)對納米纖維的取向度進行量化。

圖4：展示了PAFα基人工蜘蛛絲的驅動性能，包括在不同α值下加熱前後的形態變化、驅動應變、工作能力和分子鏈取向度的依賴性。

總結展望

本研究通過精確控制分子鏈在納米結構中的自組裝，成功制備了具有超細納米纖維的聚電解質人工蜘蛛絲。

通過調節聚合物鏈的解離程度，實現了從1.83 GPa和238 MJ m-3到0.53 GPa和700 MJ m-3的優異的可調力學性能。此外，所制備的人工蜘蛛絲展現出了熱驅動的超收縮行爲，這爲其在軟機器人、柔性電子和智能設備中作爲高性能、智能纖維的應用提供了設計策略。

研究還發現，適當的解離程度範圍有利于形成精細的納米纖維，從而獲得最佳的力學性能。這項工作不僅爲高性能纖維材料的設計提供了新的思路，而且爲3D打印、仿生智能材料和層級結構材料的設計可能性提供了啓發。

文獻信息

標題：Establishing superfine nanofibrils for robust polyelectrolyte artificial spider silk and powerful artificial muscles

期刊：Nature Communications DOI：10.1038/s41467-024-47796-2