丝蛋白基光电功能材料

动物丝蛋白凭借其良好的力学性能、生物相容性、降解性以及易加工制作和结构可调等诸多优点，在生物医药方面具有广泛潜在应用价值。近年来，随着学科间交叉渗透的深入，人们还发现丝蛋白在光、电和磁等理化性质方面也具有独特的性能，并开发出了一系列高科技领域的光、电和磁器件(8。这些工作一方面拓展了动物丝这种传统可再生材料的应用范围，另一方面也将赋子光、电和磁等器件通常所不具备的生物相容性。同时，结合丝蛋白温和的加工条件还可以引入生物活性物质并保持或延长其生物活性，将在一定程度上改变传统光/电/磁材料的定义及应用范畴。

丝素蛋白膜具有很好的透光性，在年，就有人将绿色荧光蛋白“嵌入”在丝蛋白膜中，使之具有非线性光学的特征。最近几年，采用类似于软印刷的技术，将丝蛋白溶液旋涂、浇铸或直接喷墨打印到具有表面二维和三维微/纳米图案的基底上，从而在丝蛋白膜上复制出具有几十纳米分辨率的相应图案，并制成一系列基于丝蛋白材料的光学器件，如衍射光栅、滤光片、棱镜、微棱镜阵列、二维衍射光学器件、光子晶体和波导管等。最近，基于对丝蛋自的结构与水溶性或水不溶性之问关系的深入理解，还能够通过电子束曝光，以相应的正性或负性方法将再生桑蚕丝蛋白制各成分辦率更高的整列。

采用纳米印刷术制备的丝蛋白自感应光流体器件，不但能保持在50mmn以下的最小分辦率，而且克服了简单浇铸法在自然干燥过程中的一些缺陷，并可以实现快速生产，在与生物相关的光电检测等应用领域显示出诱人的前景。例如，利用丝蛋自纳米图案中的光子晶格具有的二维纳米点阵图案且不同点阵常数可呈现出不同颜色的特性，能够制备基于丝蛋白光学器件的功能性传感器，可用于葡萄糖浓度检测。而经对氨基苯甲酸化学接枝改性后的丝蛋白光流体器件可用作PH传感器。

结合丝蛋白很好的生物相容性及温和（水溶液及室温）的加工条件，掺杂药物和生物活性物质如细胞和酶等后，丝蛋白基材料可实现生物功能性和光学性质的转换并用于生物检测，如掺杂血红蛋白后，基于丝蛋白的器件能用于检测氢气浓度，甚至还实现了集肿瘤检测、治疗以及信息反馈于一体的植入式丝蛋白基器件，其既能对肿瘤部位进行成像，然后将所载药物可控释放，并对药物释放情况及治疗效果的展开监测。

在丝蛋白基体中添加纳米无机物所制备的有机/无机杂化材料，不仅其力学性能得到增强，而且还被赋予了很多新的功能。如通过旋涂辅助的层层组装法所制备的丝蛋白/蒙脱士复合膜具有很高的透明度，若将蒙脱士纳米片换成银纳米片密集排列的Langmuir单层膜则可得到如同银镜般的高反射膜，其所特有的柔韧性在与生物相关的光学和光子学领域中有特殊的应用价值。

若将纳米膜状的单晶硅晶体管或超薄的电极阵列转印到经旋涂或浇铸制备的丝蛋白膜上，可得到柔韧且可调节溶解或降解吸收的可植入型生物医用电子器械，与肌体表面接触后则能成为一种高性能的丝蛋白基复合柔性电子器件，将其植入到柔软的动物大脑后能对大脑神经信号进行监测，可用于疾病的临床诊断和治疗。而将具有微纳结构的金属图案或石墨烯结构通过打印、掩膜转移、浇铸以及直接转移等技术手段复制到丝蛋白膜上，可制成传感器，用于跟踪监测食品的质量，或贴附于牙齿上进行呼吸监测和细菌检测。

总之，随着对丝蛋白结构与性能关系的深入理解，人类完全有可能以动物丝蛋白为基础材料，制备更多环境友好、可持续且生物质相容的高科技光/电子器件。