[发明专利]一种通过调控蛋白膜结构来调控摩擦电输出性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过调控蛋白膜结构来调控摩擦电输出性能的方法。将难溶解的蛋白质粉末与另外一种蛋白质粉末共溶在强碱水溶液中并保持一段时间后，再进行酸化处理至中性，在中性条件下形成均匀的蛋白溶液，然后将蛋白溶液进行处理得到具有不同蛋白结构的蛋白溶液后加入增塑剂，经过热处理使得蛋白质变性，得到成膜所需的更延伸的结构；最后蒸发溶剂得到质地均匀，具有透明度以及柔性好的蛋白膜。本发明通过改变了蛋白二级结构，从而改变了表面基团暴露情况，实现了蛋白膜的摩擦电行为的可调控；通过超声等手段改变蛋白二级结构从而影响蛋白膜摩擦电学输出性能。

技术领域

本发明涉及一种调控摩擦电输出性能的方法，具体涉及了一种通过调控蛋白膜结构来调控摩擦电输出性能的方法，通过调节植物蛋白膜二级结构来调节蛋白膜摩擦给电子特性的方法，从而实现摩擦纳米发电机输出电能的可调控。

背景技术

随着对清洁和替代能源的不断增长的需求，人们探索了各种技术，例如光伏，压电，热电换能器，静电收集器和纳米流体发生器等，以在我们周围的环境中收集各种形式的可再生能源，例如机械能，化学能，太阳能，热能和风能皆可被转化为电能。众所周知，机械能被认为是日常生活中可用的丰富而无处不在的能源，摩擦纳米发电机作为一种适用于随时随地将周围的机械能转化为电能的新技术近年来快速发展，然而这也导致了电子垃圾的增多从而不可避免地给环境造成了负担。并且由于可穿戴式电子设备以及可植入式医疗设备的广泛开发，生态友好型的生物可降解的摩擦发电机引起了广泛关注，由此可持续的生物材料引起了越来越多的兴趣，并得到了广泛开发。然而，目前生物可降解的摩擦发电机的开发仍处于初期阶段，并且存在一些固有的缺陷，即低输出功率密度和单调的摩擦电行为，这极大地限制了其大规模的应用。因此，使用天然分子探索具有可调节的物理和化学性质的生物材料变得越来越重要，并且可以作为解决生物可降解的摩擦发电机问题的一种替代方法。

蛋白质作为一种重要且最常见的生物大分子，由于其高可变性和结构可调节性，是化学聚合物一种有前景的替代物。此外，蛋白质骨架上丰富的酰胺基团(一种摩擦给电子基团)及其先进结构的多样性，更为设计新颖的摩擦发电机提供了独特的机会。

因此在这项工作中，探究了不同分子结构蛋白膜的摩擦电输出行为，从而阐明了结构影响摩擦电性质的机理，进而可以采用不同技术手段来调控蛋白膜结构，具体引入了一种绿色的超声波非热处理物理技术来调节蛋白质的二级结构。通过该过程，可以调节蛋白质的二级结构，从而来实现蛋白膜摩擦电性能的极大改善和调控，并且我们还详细阐述了它们之间的具体机理。为蛋白在可植入式及可穿戴式摩擦发电机的应用中提供了理论基础及机会。

发明内容

本发明的目的在于探究蛋白质分子结构影响蛋白膜摩擦电性质的相关机理，并利用结构与摩擦电性质之间的影响关系来定向调控蛋白质的分子结构，从而实现蛋白膜作为摩擦电材料的输出的可调控，具体调控蛋白质的二级结构来调控蛋白膜作为摩擦电材料的输出性能，并探究了其相关机理。

本发明的制备方法具体包括以下过程：

将难溶解的蛋白质粉末与另外一种蛋白质粉末共溶在强碱水溶液中并保持一段时间后，再进行酸化处理至中性以允许电荷重分配来诱导蛋白质的重新折叠，此过程将导致蛋白质的疏水基团掩埋而带电基团暴露，从而显著提高了蛋白的溶解度，在中性条件下形成均匀的蛋白溶液，然后将蛋白溶液进行处理得到具有不同蛋白结构的蛋白溶液后加入增塑剂(减少蛋白链之间的相互作用使得膜拉伸性能提高，柔性增强，不易干裂)，经过热处理使得蛋白质变性，得到成膜所需的更延伸的结构，蛋白质链可通过氢、离子、疏水和共价键(包括促进巯基氧化成二硫键，增强蛋白质膜的网络强度)；最后蒸发溶剂得到质地均匀，具有透明度以及柔性好的蛋白膜。

处理手段包括超声处理、调节pH、热凝胶化或者糖基化。

超声处理中，超声的功率为0-950W，超声的时间为0-30min。

所述的强碱水溶液为氢氧化钠溶液调节pH至11-13，保持一段时间为2-8h；酸化处理采用加入盐酸并调节pH至6-8。