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  近日，上�？萍即髮W(xué)凌盛杰課題組和東北林業(yè)大學(xué)陳文帥課題組合作，以細(xì)菌纖維素納米纖維（作為骨架）和絲素蛋白鹽溶液（作為滲透相）為原料，開(kāi)發(fā)了一種細(xì)胞骨架啟發(fā)的具有雙絲狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠離子導(dǎo)體材料（Cytoskeleton-Inspired hydrogel Ionotronics，CIHI），制備方法、結(jié)構(gòu)示意圖及形貌如圖1所示。CIHI有效解決了通常水凝膠離子電子材料在柔軟性、強(qiáng)度、韌性三者之間難以達(dá)到力學(xué)平衡的難題。這種細(xì)胞骨架狀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出典型的韌性“應(yīng)力-應(yīng)變”曲線(xiàn)，其斷裂強(qiáng)度、楊氏模量和韌性分別達(dá)到7 ± 2 MPa，74 ± 33 MPa和1.8 ± 0.8 MJ m^-3，比細(xì)菌纖維素納米纖維水凝膠的相應(yīng)性能分別提高5倍，27倍和11倍（圖2A）。通過(guò)與其它生物或工程材料相比，CIHI填充了軟材料力學(xué)（強(qiáng)度與剛度平衡）空白區(qū)（圖2B和2C）。此外，CIHI表現(xiàn)出典型的韌性斷裂漸進(jìn)破壞特征(圖2D和圖2E)。與軟韌性材料和軟質(zhì)抗疲勞材料相比，CIHI在宏觀結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)依然可以保持大應(yīng)變和高疲勞閾值(圖2F-H)。研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)高分辨率同步輻射小角x射線(xiàn)散射（SAXS）成像表征，進(jìn)一步證實(shí)了細(xì)菌纖維素納米纖維網(wǎng)絡(luò)的拉伸誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)重構(gòu)對(duì)CIHI斷裂韌性的貢獻(xiàn)（圖3）。另一方面，這種類(lèi)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)還使CIHI能夠承受較為極端的機(jī)械刺激，如嚴(yán)重變形、長(zhǎng)期循環(huán)拉伸、高頻剪切和沖擊。

 圖3預(yù)缺口CIHI在拉伸過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變

圖4 CIHI用于智能識(shí)別 

圖5 CIHI用于電致發(fā)光顯示

  該工作以“Cytoskeleton-inspired hydrogel ionotronics for tactile perception and electroluminescent display in complex mechanical environments”為題發(fā)表在《Materials Horizons》上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，上海科技大學(xué)啟動(dòng)資金等基金項(xiàng)目的支持。

  上�？萍即髮W(xué)與東北林業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生代晨晨，上�？萍即髮W(xué)博士研究生王洋和碩士研究生單弈誠(chéng)為該文章共同第一作者。上�？萍即髮W(xué)凌盛杰教授，助理研究員任婧博士，與東北林業(yè)大學(xué)陳文帥教授為文章的通訊作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2MH01034H