一种仿效昆虫外皮的蛋白质调控水凝胶生物材料，具备超强的抗冲击性能

《Advanced Materials》：A Protein-Managed Hydrogel Biomimicked by Insect Cuticle Enabling Ultra-Durable Impact Resistance

通过研究舞毒蛾（O. furnacalis）内表皮层关键蛋白CPH-2，结合胆汁酸溶剂策略复刻出具有≈23,534 J·m?2抗冲击性能（≈1,032倍提升）的仿生分层结构，并将其应用于农业无人机视觉识别系统，显著提升设备稳定性和抗冲击性能（≈600%提升）。

　　

摘要

昆虫的外皮展现出多种复杂的微观结构，每种结构都具有不同的机械性能，从坚硬的头部外壳和下颚到较软的幼虫表皮和节间膜等。虽然这些机械性能的差异归因于结构蛋白组成的不同，但具体涉及的蛋白质及其作用机制仍很大程度上尚未明确。在本研究中，发现 Ostrinia furnacalis 的外皮蛋白假设蛋白-2（Of CPH-2）是一种高度丰富的关键结构蛋白，它与 Ostrinia furnacalis 头部外壳内层外皮（内皮）的发育密切相关。通过使用一种简单而有效的二元溶剂诱导方法（涉及几丁质和 Of CPH-2），成功复制了这种分层结构的内皮。Of CPH-2 在促进层状结构形成和能量耗散方面发挥了重要作用，从而显著提高了材料的抗冲击性能（抗冲击强度约为23,534 J·m^?2，提高了约1,032倍）。这种结构与头部外壳中的天然层状内皮相似，能够在局部机械应力下保持出色的结构稳定性。将这种仿生外皮应用于智能农业无人机后，显著提升了无人机的可持续性、加工便利性以及在害虫视觉识别系统中的稳定性（稳定性提高了约600%），显示出其作为天然外皮替代品的巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。