栗蚕茧丝结构及其调控生物矿化的性能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqi1987712
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目前对于栗蚕(Dictyopoea japonica)蚕丝的研究仅有零星报道且限于纺织领域的应用。本文以栗蚕茧为研究对象,进一步探讨栗蚕茧丝结构及其在生物矿化领域的应用。栗蚕茧为梭型灯笼状,呈棕黑色,长约6 cm,最宽处约3 cm,网目数约300个,茧壳上的网目直径为0.2~0.5 cm,散乱排列但整体有序。我们进一步利用SEM、FTIR、XRD、TG等手段对栗蚕丝结构进行了研究。SEM结果表明栗蚕茧层表面附着有散落的、粗细不一的栗蚕丝纤维以及难溶矿物质,栗蚕生丝单纤维直径约为80μm,表面结构粗糙。脱除外层包覆的丝胶蛋白后,脱胶后获得的丝素蛋白表面润滑,呈现扁平状,直径约140μm。根据EDS结果,栗蚕纤维表面不仅包覆丝胶,另外还含有Al、Si、Ca、Zr等矿物元素。根据FTIR、XRD分析结果,可推测栗蚕丝蛋白的主要二级结构为β-折叠。随后,我们研究了栗蚕丝蛋白调控生物矿化。研究表明在脱胶栗蚕纤维表面可形成均一的磷酸钙的矿化层,片层的形成与形貌不仅和钙离子浓度相关,也和温度、反应时间及p H有关,钙离子浓度是影响矿化层形貌的主要影响因素。当钙离子浓度为100 mmol/L时可生成均匀的磷酸钙连续片层结构;当钙离子浓度为1 mmol/L时,可形成均匀的磷酸钙颗粒层结构。栗蚕丝素蛋白可调控碳酸钙的形貌和晶型。蛋白溶液浓度为2.0 g/L,当p H大于7.0时,会使得丝素蛋白逐渐降低对碳酸钙形貌的调控能力;当p H为6.8,当反应时间为30~40min时,可获得直径约4μm的球形碳酸钙;碳酸钙晶型受反应时间和p H的影响微乎其微,对其形貌与晶型产生较大影响的是温度。我们发现,当温度到60~80°C时,所生成球霰石比例可达70%以上,所得碳酸钙不再成球形,而为扁花簇状。通过共沉淀法及水热法,以家蚕丝蛋白为参照,我们研究了栗蚕丝蛋白对于羟基磷灰石的矿化作用。结果表明在栗蚕丝蛋白的作用下,无论是共沉淀法亦或是水热法均可制备均一的纳米尺度的羟基磷灰石,栗蚕丝蛋白对所制备羟基磷灰石的形貌及分散性有影响。在栗蚕丝蛋白的作用下可形成片状羟基磷灰石。
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