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  信息傳輸中如何快速、隱秘的傳輸無(wú)線電訊號(hào)，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(duì)自身的探測(cè)（如聲波探測(cè)）的前提下進(jìn)行無(wú)聲信息傳輸，對(duì)于偵察、諜報(bào)以及安保等工作極為重要。自支撐有機(jī)-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(qiáng)拉曼散射、催化反應(yīng)、近紅外光熱療法和生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力。但是，這種薄膜通常制備過(guò)程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)；最重要的是薄膜導(dǎo)電性較差，從而極大地限制了這些材料在柔性電子設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用。

  針對(duì)目前制備自支撐有機(jī)-金屬二維薄膜存在的挑戰(zhàn)，陜西師范大學(xué)楊鵬教授課題組提出將溶菌酶引入銀鏡反應(yīng)體系，通過(guò)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(jí)進(jìn)行精準(zhǔn)控制（圖1），并具有高度可調(diào)的高反射率和高導(dǎo)電性。

圖1. 自支撐二維溶菌酶焊接銀薄膜的形成過(guò)程及其形貌結(jié)構(gòu)。

  該反應(yīng)體系對(duì)于其他蛋白質(zhì)，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(zhì)的引入為反應(yīng)帶來(lái)了可控性，所以通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)溶菌酶的濃度可得到高反射性或高導(dǎo)電性銀薄膜。高導(dǎo)電性銀薄膜具有優(yōu)異的柔性且導(dǎo)電性穩(wěn)定（薄膜在打結(jié)的狀態(tài)下仍具有優(yōu)異的導(dǎo)電性）（圖2）。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(jìn)行配位反應(yīng)，溶菌酶解折疊后β-sheet堆積結(jié)構(gòu)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(zhì)的作用下進(jìn)行受限成核和生長(zhǎng)。而控制和限制銀納米粒子生長(zhǎng)的超薄溶菌酶類淀粉樣β-sheet堆積結(jié)構(gòu)（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(zhì)焊接層作為關(guān)鍵的介質(zhì)，可以通過(guò)改變銀納米顆粒之間的距離來(lái)響應(yīng)外部壓力和應(yīng)變從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)二維銀薄膜的導(dǎo)電性。

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

  利用高導(dǎo)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(yīng)的電阻變化，繼而可通過(guò)檢測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)摩爾斯密碼的傳輸（圖3），以及通過(guò)檢測(cè)喉嚨微小的振動(dòng)所產(chǎn)生的壓力變化（即電阻或電流變化）來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)聲語(yǔ)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(biāo)，弗雷歇距離越小，曲線越相似；反之，曲線相似度越低。通過(guò)計(jì)算得出利用人工喉嚨感應(yīng)（默讀）不同字母時(shí)只有相同字母的重復(fù)曲線間的弗雷歇距離最小，即相似度最高，表明這些信號(hào)的出現(xiàn)不是隨機(jī)的，而是具有明確和可重復(fù)的壓力感應(yīng)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(yīng)變和壓力傳感器的制造及應(yīng)用。

圖4. 一種可感知正�；驘o(wú)聲說(shuō)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(zhì)焊接特定材料來(lái)定制材料功能的發(fā)展提供了新思路。該類新材料對(duì)聲帶受損的人通過(guò)訓(xùn)練他們控制喉嚨振動(dòng)來(lái)恢復(fù)他們的說(shuō)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(lái)巨大希望。

  以上工作在線發(fā)表在材料學(xué)權(quán)威期刊Adv. Mater.（先進(jìn)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(guó)家自然科學(xué)基金委 (No. 51673112, 21875132) 等項(xiàng)目的資助。Advanced Materials (先進(jìn)材料)是由德國(guó)Wiley公司出版的材料學(xué)和化學(xué)領(lǐng)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(jiǎn)介：

  陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊鵬課題組組建于2012年底，隸屬于應(yīng)用表面與膠體化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。主要致力于基于蛋白質(zhì)類淀粉樣聚集的多功能仿生界面材料基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。經(jīng)過(guò)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(quán)威期刊發(fā)表綜述和研究論文五十余篇。