智能机器人Nature子刊：1秒内自愈机械损伤多肽材料( 二 ) |

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图2：自我修复的多肽。 a ，自我修复机制：β片状纳米晶体充当物理交联，并扩散到受损区域。 b ，与使用不同化学物质的最新自我修复材料进行比较。修复极端机械损伤
作者随之验证了针对不同类型的严重机械损伤的自修复特性。涂层表面的划痕损坏通常会导致保护涂层的劣化，从而使基材暴露于环境污染中，并导致腐蚀、生物积垢和传感界面的整体故障。作者使用激光微加工该工作中蛋白质涂层的基质（图3a）以模拟划痕缺陷图案。修复之后，受损的蛋白质恢复了其表面覆盖范围。更长的修复过程可以实现更好的均质性。
穿刺损坏（孔或点缺陷）在微流体和软机器人中会导致加压系统中的问题，因为小的缺陷会导致内部流体或空气泄漏。作者刺穿了一块TRn11蛋白膜（厚50μm）以产生孔洞缺陷，通过局部加热受损区域，该缺陷在不到1s内修复（图3b）。对于大规模缺陷，可以通过引入新的蛋白质来修补。
作者还评估了全切损伤的愈合。将受损的蛋白质材料完全分为两部分，对于高重复串联重复序列多肽，经切割的蛋白质的独立膜在1s内得到愈合，恢复了其弹性性能，拉伸应变大于200％，愈合强度高达23 MPa 。拉伸失效后，样品在愈合区域没有破裂，表明愈合区域至少与原始材料一样牢固。串联重复的多肽在非常短的时间内愈合，对多种极端损伤类型均表现出出色的自修复性能，这使其成为需要适应动态环境和自修复的软机器人应用的理想材料。

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图3：极端机械损伤的自我修复。 a ，对TRn11蛋白包被的底物的划痕损伤得到部分和全部治愈，每次愈合所需的时间少于2 s 。 b ，在不到1 s的时间内治愈了自立的，柔软的TRn11蛋白膜的穿刺损伤。 c ，在不到1 s的时间内修复了TRn11蛋白狗骨头形样品（I和II）的总切割损伤。修复后的样品在从原始位置随机破坏之前可以承受高达200％拉伸应变的大变形，并且修复后的区域至少与原始区域一样强。自修复的蛋白驱动器
最后，作者设计一个气动软驱动器，该促动器由两个在周围连接在一起并连接到气动回路的蛋白质圆盘膜组成（图4a）。当驱动器受压时，柔软的TRn11蛋白膜变形，驱动器体积扩大，这会导致变形和与膜垂直的力输出（图4b）。作者分析了单腔蛋白质驱动器在损伤之前（原始）以及穿刺损伤和愈合（已愈合）之后的性能（位移和力输出）（图4c）。对于单腔室驱动器，最大位移为10 mm（400％的驱动应变），力输出为5 N ，在原始的和已修复的执行器中观察到了相同的性能。蛋白质膜可以有效地修复缺陷，因而延长驱动器的使用寿命。
这种软蛋白驱动器能被设计成一个软抓取器（图4d），这种软机器人可应用于在食品、制药、包装和零售行业中。同时，它还能被设计成一块能够重复提起比其自身质量至少重3000倍的自重的人造肌肉（图4e）。
由于蛋白质非共价交联（氢键）网络，这种驱动器还能被快速溶解（图4f）。在施加pH刺激（醋酸）后， β-折叠纳米结构被破坏，开始溶解。薄膜在不到半分钟的时间内降解（功能丧失），驱动器在不到五分钟的时间内完全溶解。作者认为，降解过程可通过慢速或快慢动力学来量身定制，并通过不同的刺激和生物分子来激活，这为不同的应用提供了广泛的降解曲线。

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图4：基于蛋白质的自修复软驱动器。 a ， b ，由TRn11蛋白圆盘膜制成的软气动驱动器的示意图和图像。 c ，单腔室驱动器可实现400％的应变和5 N的力输出，在原始和穿刺愈合的驱动器之间没有明显的性能差异。 d ，由两个相对的蛋白质驱动器制成的软夹持器，能够夹持柔软，细腻的物体（例如，樱桃番茄）。 e ，基于蛋白质的人造肌肉，性能超过生物肌肉。 f ，通过诱导的pH刺激按需降解蛋白质驱动器，导致它们在功能寿命结束时消失。结论