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  信息傳輸中如何快速、隱秘的傳輸無線電訊號，以及如何在盡可能不受外界環(huán)境干擾且盡可能的降低外界環(huán)境對自身的探測（如聲波探測）的前提下進行無聲信息傳輸，對于偵察、諜報以及安保等工作極為重要。自支撐有機-金屬二維（2D）雜化薄膜在諸如隱秘信息傳輸、柔性傳感、表面增強拉曼散射、催化反應、近紅外光熱療法和生物醫(yī)學等諸多領域具有很好的應用潛力。但是，這種薄膜通常制備過程繁瑣、耗時長；最重要的是薄膜導電性較差，從而極大地限制了這些材料在柔性電子設備領域中的應用。

  針對目前制備自支撐有機-金屬二維薄膜存在的挑戰(zhàn)，陜西師范大學楊鵬教授課題組提出將溶菌酶引入銀鏡反應體系，通過一步法，在室溫條件和水相體系中制備了自支撐大面積（例如，400 cm²）、由溶菌酶焊接而成的二維銀納米薄膜。所制備的溶菌酶/銀雜化薄膜其厚度可在納米級進行精準控制（圖1），并具有高度可調(diào)的高反射率和高導電性。

圖1. 自支撐二維溶菌酶焊接銀薄膜的形成過程及其形貌結構。

  該反應體系對于其他蛋白質，如清蛋白（albumin）、α-淀粉酶（α-amylase）、膠原蛋白（collagen）、角蛋白（keratin）、胃蛋白酶（pepsin）和其他金屬，如金（Au）、銅（Cu）是通用的。由于蛋白質的引入為反應帶來了可控性，所以通過簡單地調(diào)節(jié)溶菌酶的濃度可得到高反射性或高導電性銀薄膜。高導電性銀薄膜具有優(yōu)異的柔性且導電性穩(wěn)定（薄膜在打結的狀態(tài)下仍具有優(yōu)異的導電性）（圖2）。實驗發(fā)現(xiàn)當溶菌酶水溶液、葡萄糖水溶液與銀氨溶液混合后，銀氨離子與溶菌酶進行配位反應，溶菌酶解折疊后β-sheet堆積結構增加，葡萄糖原位還原銀氨離子生成的銀納米粒子在蛋白質的作用下進行受限成核和生長。而控制和限制銀納米粒子生長的超薄溶菌酶類淀粉樣β-sheet堆積結構（具有粘附性的2納米左右薄膜）可將大量銀納米顆粒綁定在一起，從而在氣液界面“焊接”形成自支撐的二維銀薄膜。超薄蛋白質焊接層作為關鍵的介質，可以通過改變銀納米顆粒之間的距離來響應外部壓力和應變從而動態(tài)調(diào)節(jié)二維銀薄膜的導電性。

圖2.通過調(diào)節(jié)溶菌酶的濃度制備高導電性溶菌酶焊接銀薄膜。

  利用高導電性溶菌酶焊接自支撐二維銀薄膜制備的傳感器具有靈敏的壓力響應的電阻變化，繼而可通過檢測手指微小的敲擊所產(chǎn)生的壓力變化（即電阻或電流變化）來實現(xiàn)摩爾斯密碼的傳輸（圖3），以及通過檢測喉嚨微小的振動所產(chǎn)生的壓力變化（即電阻或電流變化）來實現(xiàn)無聲語音（即默讀）的信息傳輸（圖4）。弗雷歇距離是表征兩條曲線相似性的指標，弗雷歇距離越小，曲線越相似；反之，曲線相似度越低。通過計算得出利用人工喉嚨感應（默讀）不同字母時只有相同字母的重復曲線間的弗雷歇距離最小，即相似度最高，表明這些信號的出現(xiàn)不是隨機的，而是具有明確和可重復的壓力感應性。弗雷歇距離的引入也為后期信息的解密提供了極大的便利（圖5）。

圖3. 應變和壓力傳感器的制造及應用。

圖4. 一種可感知正常或無聲說話（默讀）的智能人工喉嚨。

圖5.圖4f中曲線的弗雷歇距離。

  本文所展示的方法為隱秘信息的傳輸及蛋白質焊接特定材料來定制材料功能的發(fā)展提供了新思路。該類新材料對聲帶受損的人通過訓練他們控制喉嚨振動來恢復他們的說話能力（如可傳輸電子音或者電子信息）具有重要意義。人工喉嚨及其隱秘的通信行為也將為加密信息的傳輸帶來巨大希望。

  以上工作在線發(fā)表在材料學權威期刊Adv. Mater.（先進材料）上。

  Rongrong Qin, Yongchun Liu, Fei Tao, Chen Li, Wenfei Cao, Peng Yang*

  Protein-Bound Free-Standing 2D Metal Film for Stealth Information Transmission

  Adv. Mater., 2018, 1803377. 

  DOI: 10.1002/adma.201803377

  該論文第一作者為碩士生秦榮榮，通訊作者是楊鵬教授。該課題得到了國家自然科學基金委 (No. 51673112, 21875132) 等項目的資助。Advanced Materials (先進材料)是由德國Wiley公司出版的材料學和化學領域的頂尖期刊之一，2018年影響因子為21.950。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201803377

  課題組簡介：

  陜西師范大學化學化工學院楊鵬課題組組建于2012年底，隸屬于應用表面與膠體化學教育部重點實驗室。主要致力于基于蛋白質類淀粉樣聚集的多功能仿生界面材料基礎和應用研究。經(jīng)過六年的努力，已取得了一定的系統(tǒng)性研究成果，已在Chem. Rev. (1)、Adv. Mater. (4)、Nature Commun (1)、J. Am. Chem. Soc. (1)、Angew. Chem. Int. Ed. (2)、Adv. Funct. Mater. (2)等權威期刊發(fā)表綜述和研究論文五十余篇。