南京大学AM：“自生长”蛋白水凝胶：力学训练让材料像肌肉一样自我强化

该研究由南京大学王炜、薛斌、曹毅、李一然团队完成，发表于Advanced Materials。背景：自然界中活组织能通过力学载荷自我强化，但传统合成材料在受力后往往损伤而非强化。研究目的：开发一种能将力学信号转化为可控化学键形成、实现自主可编程机械性能增强的合成材料。结论：研究利用铜储存蛋白Csp1作为力学门控催化模块，在拉伸变形时Csp1去折叠释放铜离子，催化叠氮-炔环加成反应形成新共价交联；松弛时Csp1重新折叠螯合铜离子，终止催化。这种可逆闭环力化学反馈机制使水凝胶在无需外部单体供给下实现应力和时间依赖的自我强化。实验表明，循环拉伸下杨氏模量和最大应力分别提高超400%和250%，且能实现阶梯式承重（从50克到100克）和空间可控的力学生长图案化。该设计利用约120皮牛的低去折叠力阈值，为自适应生物材料、软体机器人和植入式系统提供了新平台。