【摘 要】
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蚕丝具有优良的力学性能和生物相容性,是一种极具吸引力的天然纤维,在纺织工业、生物医用材料、柔性电子材料等领域有着广泛应用。但蚕丝自身仍存在一些缺陷,例如易褶皱、易泛黄、易滋生细菌等。为了改进蚕丝的性能、提高其应用价值,对天然蚕丝进行修饰是近年来的研究热点。添食育蚕法和直接注射法作为新兴的研究方法,通过让外源物质直接进入桑蚕体内与丝蛋白结合,经桑蚕吐丝而形成原位改性蚕丝。纳米银(AgNPs)是应用最
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蚕丝具有优良的力学性能和生物相容性,是一种极具吸引力的天然纤维,在纺织工业、生物医用材料、柔性电子材料等领域有着广泛应用。但蚕丝自身仍存在一些缺陷,例如易褶皱、易泛黄、易滋生细菌等。为了改进蚕丝的性能、提高其应用价值,对天然蚕丝进行修饰是近年来的研究热点。添食育蚕法和直接注射法作为新兴的研究方法,通过让外源物质直接进入桑蚕体内与丝蛋白结合,经桑蚕吐丝而形成原位改性蚕丝。纳米银(AgNPs)是应用最广泛的纳米材料之一,对常见细菌、真菌具有广谱高效的抗菌作用,已被广泛用于体外改性蚕丝。本文采用直接注射及添食育蚕法研究不同含量和不同粒径的AgNPs对桑蚕生长和蚕丝性能的影响,并考察不同粒径AgNPs在桑蚕体内的分布情况和生物毒性影响。本文首先研究了直接注射法对蚕丝的改性。实验结果发现,随着AgNPs注射量的增大(500-2000μg/头)或粒径的增大(20-100 nm),AgNPs对桑蚕的毒性影响逐渐增大。同时,AgNPs的粒径会影响其进入桑蚕组织的效率,从而影响其在蚕丝中的含量,其中,50 nm AgNPs更容易在丝腺组织中积累并最终进入蚕丝纤维。但该方法对蚕丝的修饰效率有限,蚕丝中AgNPs含量不高,对蚕丝基本结构和性能无显著影响。本文进一步研究了添食育蚕法对蚕丝的改性。发现通过喂食负载有AgNPs的桑叶,可获得具有良好热稳定性和生物相容性的抗菌蚕丝。研究不同添食剂量发现,当AgNPs含量为1%时,AgNPs对桑蚕毒性影响较小。随着AgNPs含量继续增大,蚕丝中的AgNPs含量增加,但对桑蚕毒性增大,同时蚕丝产量下降。傅里叶红外光谱(FTIR)结果表明,AgNPs限制了丝素蛋白由α-螺旋向β-折叠构象的转变。进一步研究选用1%添食剂量,发现AgNPs的粒径显著影响AgNPs在桑蚕体内的生物分布以及蚕丝中的有效负载量。与20 nm、80 nm和100 nm粒径的AgNPs相比,粒径为50 nm的AgNPs更容易进入桑蚕丝腺并且最终进入蚕丝纤维中。本文发现50 nm AgNPs改性蚕丝的银含量最高(147.5 mg/kg),对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)均具有明显的抑制作用。以上结果表明,可以通过调控AgNPs的粒径,优化添食育蚕法改善蚕丝的能力,提高改性蚕丝的热稳定性、抗菌性能。本文工作有助于更好地理解纳米颗粒与桑蚕生理系统之间的相互作用,进而提升其生物摄取效率和蚕丝负载量。添食育蚕法有望以较低的成本将功能性材料与蚕丝结合起来,有效地提高蚕丝的性能。
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