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质子转移使自然界和人造技术中的重要过程成为可能。然而，控制质子传导和利用生物材料制造设备仍然是一项挑战。更困难的是设计基于蛋白质的块状材料，没有任何功能性起始支架供进一步优化。在这里，我们展示了质子传导蛋白质材料的合理设计，超过了已报道的蛋白质系统。通过探索从内在无序线圈到超荷电纳米桶到包含蛋白质超荷电多肽嵌合体的分层蜘蛛片的各种序列，一步步进化出富含羧酸的结构。后一种材料的特点是相互连接的片纳米域，其表面由羧酸基团修饰，形成自支撑膜并允许在水合状态下进行质子传导。在 RH = 90% 时，膜显示出 18.5 ± 5 mS/cm 的非凡质子电导率，比其他蛋白质装置高一个数量级。这种设计范例为连接人工和生物系统的生物质子装置制造提供了巨大的潜力。
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