丝素蛋白最新综述：编织生物与电子的 “智能纽带”

研究背景

生物电子学正朝着开发能自主运行、与环境智能交互的系统发展，这对材料的多功能性和生物相容性提出了更高要求。丝素蛋白（SF）源自蚕茧，具有生物相容性、机械柔韧性和可调节的生物降解性等特性，使其成为自主生物电子学的理想材料。在生物电子学领域，传统合成材料与生物组织之间存在机械和生化不匹配问题，影响设备性能和可靠性，而 SF 可通过合理设计改善这些问题，在自主生物电子设备的开发中具有重要潜力。

研究成果

能够动态适应不断变化的生物环境的自主生物电子设备的发展，是医疗保健和可穿戴技术领域的一项重大进步。这类系统从生物过程的精确性、适应性和自我调节能力中获取灵感，需要具有内在多功能性和无缝生物集成特性的材料，以确保长期的生物相容性和功能性。源自家蚕茧的丝素蛋白（SF）已成为一种理想的生物材料，它兼具生物相容性、机械柔韧性和可调节的生物降解性。为丝素蛋白赋予自主特性，如自我修复、形状变形和可控降解等，使其能够与活组织进行动态交互，同时将免疫反应和机械不匹配降至最低。此外，丝素蛋白的结构可调节性和环境可持续性进一步增强了其作为自适应植入物、表皮电子器件和智能纺织品平台的潜力。

本综述探讨了目前在理解丝素蛋白的结构 - 性能关系、改性策略，以及其融入先进自主生物电子系统的巨大潜力等方面的研究进展，同时也讨论了与可扩展性、可重复性和多功能性相关的挑战。此外，还对未来的机遇进行了讨论，如人工智能辅助的材料设计、可扩展的制造技术，以及无线和个性化技术的融合，这些都将丝素蛋白定位为弥合生物系统与人工技术之间差距的关键材料。相关报道以“Autonomous Bioelectronic Devices Based on Silk Fibroin”为题发表在Advanced Materials期刊上。南洋理工大学陈晓东教授&浙江清华大学柔性电子技术研究院冯雪教授为文章通讯作者。

综述要点

1. SF 具有从分子到宏观的多级结构，其氨基酸组成和二级结构决定了材料的机械、光学和刺激响应性等性能。通过物理交联、化学交联和增塑等改性方法，可调控其性能，满足不同应用需求。如物理交联能形成 β- 片层结构，但存在局限性；化学交联可引入共价键，提升材料稳定性和机械性能；增塑则能增强材料柔韧性 。

2. 基于 SF 的材料具备自我修复、形状适应和生物可吸收降解等特性。自我修复通过多种可逆分子相互作用实现，在分子和设备层面都有良好表现；形状适应性使其能与生物组织无缝融合，对水和电场等刺激有可编程的形状变化响应；生物可吸收降解性使其适用于临时生物医学植入物和瞬态电子设备，降解速率可通过结构调控 。

3. 在智能纤维和智能纺织品领域，SF 通过先进的制造技术和与导电材料的复合，具备多功能集成和良好的穿着舒适性；在表皮电子设备方面，凭借生物相容性、机械适应性和可降解性，能实现与皮肤的紧密贴合和多种生理信号的监测，甚至可开发自供电的人工皮肤；在可适应植入物领域，SF 可用于神经接口、脑机接口和骨再生支架等，能适应组织形状和力学性能，促进组织再生 。

图文导读

Figure 1. Schematic overview of silk fibroin (SF) based autonomous bioelectronic devices. 

Figure 2. Structural and molecular organization of silk fibroin (SF). 

Figure 3. Superior properties of silk fibroin (SF) compared with other polymers. 

Figure 4. Mechanisms of structural modification in silk fibroin (SF) materials for enhancing functionality.

Figure 5. Bioinspired self-healing mechanisms in silk-based materials and their application in autonomous electronic devices. 

Figure 6. Shape-morphing properties in silk-based materials. 

Figure 7. Bioresorbable and biodegradable silk for transient electronics. 

Figure 8. Silk-based smart textiles for wearable communication and sensing.

Figure 9. Material features and device properties of silk-based on-skin sensors.

Figure 10. Silk-based adaptable implants. 

Figure 11. Future direction of sustainable and scalable silk fibroin (SF) based autonomous bioelectronics. 

文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202500073