再生蚕丝材料因其特殊的分子构造、无毒性、无刺激性、可降解和卓越的生物相容性,在生物制药、医疗卫生和组织工程等领域得到广泛应用。然而,人们深入研究了溶解蚕丝的条件、再生丝素蛋白溶液的种类和浓度以及凝固浴等条件后,丝素蛋白纤维的力学性能与天然蚕丝相比仍表现出较差的断裂强度和一定的脆性,因此,再生蚕丝力学性能的提高引起广泛关注。研究发现,再生丝素蛋白溶液中添加合适的共混材料可以提高再生蚕丝蛋白的力学性能,且纳米颗粒大小和剂量会影响其与蛋白质结合的强度及颗粒的团聚行为。本课题组研究发现通过添食法给蚕喂食铜纳米颗粒(Cu NPs)对蚕丝力学性能有明显的提高效果。本文首先优化湿法纺丝工艺中拉伸速度、氯化钙-甲酸溶液浓度和拉伸倍率这三个条件,确定其对制得的再生蚕丝力学性能影响最优的条件,然后研究共混不同粒径和不同质量的Cu NPs颗粒对制得的再生蚕丝的形貌、力学性能及结构的影响,研究内容及结果如下:1.本文以断裂强度和断裂伸长率为指标,研究不同拉伸速度、不同氯化钙-甲酸溶液浓度和不同拉伸倍率这三个参数对再生蚕丝纤维力学性能的影响,通过比较不同条件下制得的再生蚕丝的力学性能得出较适宜的拉伸速度、氯化钙-甲酸溶液浓度和拉伸倍率作为后续研究的纺丝工艺参数。2.比较了不同工艺条件下制得的再生蚕丝的力学性能,结果表明拉伸速度、氯化钙-甲酸溶液浓度和拉伸倍率对再生蚕丝的力学性能均有很大的影响,再生蚕丝的力学性能最佳时的纺丝条件为氯化钙-甲酸溶液浓度为5%、拉伸速度为300°/s、拉伸倍率为2倍。3.研究共混不同粒径和不同质量的Cu NPs对通过湿法纺丝制备的再生蚕丝的力学性能的影响,力学测试结果表明,各个粒径Cu NPs制得的再生蚕丝的断裂强度和断裂伸长率较对照组(168.80±1.16MPa、22.48±4.42%)均有所提高,且随着Cu NPs浓度的提高,再生蚕丝的力学性能均表现出先增加后降低的趋势,当20 nm Cu NPs、40 nm Cu NPs、70 nm Cu NPs和100 nm Cu NPs共混比达到4 mg/g时,再生蚕丝的力学性能达到最佳,断裂强度和断裂伸长率强度分别为307.49±13.74 MPa、38.34±4.40%;291.60±14.74 MPa、37.39±4.50%;286.71±13.84 MPa、36.13±2.58%;263.87±20.49 MPa、35.63±5.07%。而随着Cu NPs粒径的增加,再生蚕丝的力学性能则表现出逐渐降低的趋势,当Cu NPs粒径为20 nm,共混比为4 mg/g时,再生蚕丝的力学性能最佳,其断裂强度和断裂伸长率(307.49±13.74 MPa、38.34±4.40%),较对照组即未共混Cu NPs制得的再生蚕丝的力学性能(168.80±1.16 MPa、22.48±4.42%)分别提高了82.16%和70.54%。这四种粒径的Cu NPs对再生蚕丝蚕丝纤维的力学性能提高效果为:20 nm>40 nm>70 nm>100 nm。4.通过扫描电镜、傅里叶红外光谱和X射线衍射仪测定不同粒径Cu NPs在不同共混比条件下对制得的再生蚕丝的形貌和二级结构的影响。扫描电镜结果表明,Cu NPs的共混对再生蚕丝形貌的影响不大。同步辐射显微红外光谱结果表明,共混Cu NPs后制备的再生蚕丝相比未共混制备的再生蚕丝蛋白的二级结构并未明显改变,但对再生蚕丝酰胺III区进行分峰拟合发现其二级结构的构象含量发生了变化。共混Cu NPs后再生蚕丝的β折叠的含量较对照组都有不同程度的提高,而且,β折叠含量随着共混比的增加而先增加后减小,且随着Cu NPs粒径的增加,β折叠含量逐渐降低,表现出一定的尺寸效应。而X射线衍射结果表明再生蚕丝的二级结构没有发生明显变化,这一结果与红外光谱的结果一致,但共混Cu NPs的再生蚕丝的结晶度比未共混的再生蚕丝的结晶度高,且再生蚕丝的结晶度随着Cu NPs粒径的增加而降低。