蛋清液報告第一作者Qiang Chang在曼尼托巴大學Malcolm Xing實驗室手持蛋清水凝膠和液體樣品。 （圖片來源：Xing）

對于從生理特征監(jiān)測到免提用戶界面等一系列應用，令人向往的前景是設(shè)備外形柔韌，佩戴舒適，響應靈敏可測量脈沖，并且外觀透明不易被察覺。然而，符合這些性能要求的材料仍然難以實現(xiàn)。許多研究都關(guān)注于合成的導電聚合物或與柔性或彈性基材結(jié)合的導電納米材料，但截至目前，還沒有一種材料能夠同時滿足這些應用在電子，光學和機械方面的要求。如今，加拿大和中國的研究人員在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上的報告表明，一種從蛋清中提取的物質(zhì)可能會比其替代品更加經(jīng)濟和環(huán)保。

這是加拿大曼尼托巴大學的研究員Malcolm Xing在思考生物粘合劑時，首次把目光投向蛋清。Xing說：“有一天，我敲碎雞蛋準備做吃的，我發(fā)現(xiàn)蛋清透明粘稠，且始終附著在內(nèi)殼上?！边M一步研究表明，由蛋清形成的水凝膠粘合劑即使在水下也能承受6千克的重量。而當水凝膠中交聯(lián)的蛋清氨基酸鏈尚未定型時，驚喜繼續(xù)出現(xiàn)。邢和他的合作伙伴發(fā)現(xiàn)，在蛋清中加入使之形成水凝膠的堿溶液，最終會引發(fā)進一步相變，蛋清從凝膠變回液體，而這種液體恰好具有高透明度、離子導電性和低黏度，有利于柔性電子器件發(fā)展。

蛋清中的蛋白質(zhì)含有豐富的羧基，這也是Xing和他的合作伙伴在之前的研究中觀察所得。當加入堿性溶液時，羧基會形成羧基離子，從而改變分子之間的靜電相互作用，使它們重新排列和交聯(lián)，形成在稀堿溶液中穩(wěn)定的凝膠。然而，當這種水凝膠一直浸泡在堿性溶液中，它便開始水解，從而再次改變氨基酸鏈的結(jié)構(gòu)，形成液體。Xing表示：“我們是首個報道了堿性溶液在整個蛋清的液-固-液轉(zhuǎn)變過程中，具有構(gòu)造和破壞的雙面性作用的團隊，堿性溶液在此好比雅努斯（Janus：羅馬人的門神）?！?/p>

打敗競爭對手 納米材料復合材料和導電高分子材料，其透明度都被限制在90%左右。拉伸也是一個問題。納米材料可以借助一種通常并不導電的彈性材料提供導電通路，但該材料易聚合，拉伸這種材料最終會導致通路斷裂。將諸如導電高分子材料之類的物質(zhì)與彈性體結(jié)合，由于材料特性不匹配，會導致行為上的滯后變化，這就成了問題。研究液體金屬，是研究人員的另一種解決方案，液體金屬的低黏度可防止出現(xiàn)機械失配問題，但其透明度進一步受到限制，約為85％。

分別來自加拿大曼尼托巴大學和中國南方醫(yī)科大學的Xing、Feng Lu及其合作伙伴，對水凝膠形成的蛋清液進行化學表征，測得其透明度為99.8％，屬于超高透明度。Xing將其歸因于水占比高（95%），而水本身就是透明的。其次水凝膠含水的網(wǎng)絡雖然有部分反光，但是由于該網(wǎng)絡在凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變過程中會消失，因此蛋清液比水凝膠透明度更高。

水凝膠向液體的轉(zhuǎn)化也使電導率從16.9?S m^-1增加到20.4?S m^-1。較硬的水凝膠在液化前很容易進行3-D打印，這在用彈性聚合物生產(chǎn)彈性電子設(shè)備混合結(jié)構(gòu)時非常方便。當液體被封裝在彈性體通道中時，所生產(chǎn)的材料的電阻率，與應變率成正比，與橫截面面積成反比，并且這種復合材料在反復拉伸和松弛后的滯后率非常低，僅為0.77％。Xing表示：“當我們把蛋清液用作可穿戴電子設(shè)備的導體時，可忽略不計的滯后作用是個很大的驚喜，這種簡單的材料和設(shè)計能獲得這樣的性能并不容易?！?/p>

研究人員在一系列設(shè)備中利用了這些應變響應電子特性。他們展示了一種手腕脈搏監(jiān)測器，可以測定血管功能更為精細的細節(jié)，例如放射增強指數(shù)和脈搏通過時間。他們制作了一個用戶界面，可以讀取面部表情，且用手腕輕輕一彈就能驅(qū)使無線電遙控玩具車。最后，他們將蛋清液和彈性體結(jié)構(gòu)融入到納米發(fā)電機設(shè)備中，該設(shè)備可以響應拍手來打開LED。未來的研究重點是開發(fā)蛋清液作為軟性機器人和人造肌肉的智能材料。

作者：Anna Demming

翻譯：李雅婷

校對：董子晨曦

引進來源：美國物理學家組織網(wǎng)

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-05-d-egg-whites-outperform-flexible.html


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