蚕丝具有生物相容性、生物可降解性和强的力学性能,在生物医学和高强度材料领域已受到广泛关注。再生蚕丝蛋白还具有优良的光学透明性,在可见光范围内(400-780 nm)透过率可达到约95%,可制成透明的微纳米光学图案和生物相容性光波导纤维。此外,将其它功能材料复合到蚕丝蛋白中,可得到多功能蚕丝蛋白复合材料,如力学性能增强蚕丝蛋白生物骨支架,通过基因工程,喂食荧光饲料等方法制得荧光蚕丝纤维。荧光蚕丝在生物医学等领域的应用日益显现,国内外科学家付出了很多努力,但是研究进展不大。双光子荧光显微镜在生物成像方面具有很多优势。为了实现蚕丝支架的三维双光子荧光成像,需使蚕丝支架具有双光子荧光性能,同时还需要解决以下三个关键技术:i)需要合成大双光子吸收截面和高荧光量子效率的双光子荧光分子/材料;ii)应将双光子荧光分子/材料均匀分散在蚕丝纤维中,同时不损伤蚕丝纤维的力学性能;iii)双光子荧光分子/材料必须是无毒的。据此,我们设计和制备了符合这些标准的双光子荧光蚕丝。由于量子点具有独特的荧光波长可调性能、高的量子发光效率和光学稳定等特点,量子点复合聚合物发光二极管已应用在高亮度,高清晰度和高效率显示技术中。量子点聚合物的制备技术主要包括自组装,定向组装和层层组装。在量子点复合高分子白光发光器件中,蚕丝纤维蛋白可以替代人工合成高分子解决生物支架相容性的问题。我们需要根据蚕丝蛋白和量子点的特殊结构和性能,采用适当的方法制备高性能白光发光蚕丝材料。主要工作内容如下:1.综述了蚕丝蛋白材料的结构与性能及蚕丝功能化,材料单光子和双光子荧光性能的一般原理和国内研究现状及进展。2.合成了含有硝基的芴衍生物分子,2,7-二硝基苯乙烯基-9,9’-二丁基芴(4NF),2,7-二硝基苯乙烯基-9,9’-二辛基芴(8NF)和2,7-二(4-(4-硝基苯乙烯基)苯乙烯基)-9,9-二辛芴(NF)。由于π-π堆积效应,固体分子的荧光会发生淬灭。本文使用蚕丝蛋白消除双光子荧光分子的堆积效应。上述含有硝基的分子与蚕丝蛋白可进行分子识别,发生强的相互作用,起到了解聚集的作用,使双光子荧光量子产率得到显著提高。双光子分子4NF蚕丝纤维的荧光效率是4NF固体粉末量子效率的22倍,8NF蚕丝纤维的荧光效率是其固体粉末的6倍。这一效应也使NF量子产量从8%显著增加至28%。改变上述分子的硝基末端为-CH3以消除分子识别,蚕丝纤维则不能对其解聚集。得到的双光子荧光蚕丝纤维具有较高荧光效率和大双光子吸收截面,可制成蚕丝纤维生物支架,实现三维生物蚕丝支架成像。3.以3-巯基丙酸为稳定剂,采用水热法合成了系列表面含有羧酸根的CdTe量子点。提出了全新的"材料组装"的方法,制备了 CdTe量子点复合双光子荧光蚕丝薄膜,这种蚕丝支架薄膜具有均匀的双光子荧光,可用于双光子荧光成像检测。双光子荧光蚕丝薄膜的荧光波长可通过改变CdTe量子点的大小调节。通过研究"材料组装"机理,发现量子点羧酸基团和蚕丝蛋白酰胺基团可以进行分子识别并发生氢键相互作用,提高了蚕丝薄膜的性能。因此,这种"材料组装"的方法开辟了制备双光子荧光蚕丝材料的新途径。4.采用水热法成功地制备硒化锌和碲化镉量子点水溶液。控制硒化锌和碲化镉量子点溶液的摩尔比可平衡蓝色和黄色光发射强度,从而实现白光发光。将量子点溶液与蚕丝蛋白溶液混合干燥制得了(ZnSe)x/CdTe量子点蚕丝膜。量子点蚕丝薄膜的发光性能与薄膜中硒化锌和碲化镉量子点的摩尔比有关。随着硒化锌含量提高,蓝色的光强相对增加。其中,(ZnSe)30/CdTe量子点复合蚕丝薄膜可发白光。发现(ZnSe)x/CdTe量子点在蚕丝中的荧光光谱相对于其在水溶液中有系统的蓝移。这证实了量子点和蚕丝蛋白之间有强的相互作用,这也与HRTEM,FSEM和ATI-FTIR的结果相一致。此外,发现在发光过程中,硒化锌量子点的能量可部分转移到CdTe量子点上。量子点蚕丝膜制备简单,可用作医学成像照明光源。