专栏名称: 研之成理

夯实基础，让基础成就辉煌；传递思想，让思想改变世界。“研之成理科研平台”立足于科研基础知识与科研思想的传递与交流，旨在创建属于大家的科研乐园！主要内容包括文献赏析，资料分享，科研总结，论文写作，软件使用等。科研路漫漫，我们会一路陪伴你！

浙理工刘懿丹/周文龙团队：友好型蚕食入丝——生物相容性与强韧蚕丝的协同增强

研之成理 · 公众号 · 科研 · 2025-03-13 12:16

正文

▲第一作者：杨颖

共同通讯作者：刘懿丹（浙江理工大学）、周文龙（浙江理工、温州理工）

通讯单位：浙江理工大学

论文DOI：10.1021/acssuschemeng.4c10188 （点击文末「阅读原文」，直达链接）

全文速览

纳米粒子改性蚕丝技术以其非破坏性及环境友好等优势，成为功能性蚕丝材料开发领域的重要研究方向。该技术通过将纳米粒子的特性通过蚕食引入丝纤维，同时协同提升其机械强度、热稳定性和染色性能等本征特性。本文重点研究了有机改性的金属纳米粒子对蚕吸收、生长和对蚕丝生产的影响，为高性能蚕丝的绿色生产以及蚕丝与金属纳米颗粒之间的相互作用提供了见解。

背景介绍

纳米粒子的非理性负载容易引发蚕体生理功能障碍甚至致死效应，导致丝产量下降、纳米粒子利用率降低及资源浪费等问题。为解决这一难题，本研究基于纳米粒子 - 生物界面相互作用机制，突破了传统单变量调控的表面功能化修饰技术，成功开发出具有特异性表面性质的银纳米粒子（ Ag NPs ）。通过桑叶饲喂法实现了纳米粒子在丝腺器官中的靶向富集，最终制备出拉伸强度显著提升的复合丝纤维材料，为功能性蚕丝材料的开发提供了新思路。

图 1. 亲水和疏水改性纳米粒子对蚕吸收和丝特性的影响

研究亮点

为了避免传统合成方法中有毒试剂（如还原剂、稳定剂等）对蚕体和环境的影响，本研究通过系统的筛选和优化，开发了一种全程无毒、环境友好的 Ag NPs 绿色合成工艺。在此基础上，进一步解决了影响蚕体对纳米粒子摄入和吸收效率的关键因素，通过精确调控粒子的粒径分布、形貌和表面有机配体的电荷性质，改变粒子表面的亲水性，成功制备了具有不同亲水特性的纳米银系列：亲水性纳米银（ Ag@SC ）、偏疏水性纳米银（ Ag@LA ）和疏水性纳米银（ Ag@OA ），为深入研究纳米粒子 - 蚕体相互作用机制提供了理想的材料平台。

图 2. 表面修饰的银纳米粒子的工艺流程及表征

在后续的系统性研究中，将三种具有不同表面润湿特性的 Ag NPs 以 0.01 wt% 的低浓度均匀分散于桑叶中，作为家蚕（ Bombyx mori ）的饲喂材料。通过为期 7 天的连续观察发现， Ag NPs 的引入并未对家蚕的生长发育产生明显影响，其结茧行为、茧壳形态等表型特征均与对照组无显著差异。实验组家蚕的存活率和对照组的几乎都在 100% 。此外，实验组蚕均能与对照组一样进行正常结茧、化羽和交配产卵。定量分析表明，实验组茧壳平均重量为（ 0.2±0.01 ） g ，与空白对照组（ 0.21 ） g 相比无统计学差异。这些数据充分证实了 Ag NPs 粒子在家蚕体内表现出很好的生物相容性。

图 3. 蚕食中改性的银纳米粒子对家蚕生长的影响

在三种 Ag NPs 中，适度疏水性的 Ag NPs 在蚕丝中富集效率最高，且未损伤丝纤维的超分子结构。 Ag@LA 组蚕丝中银含量分别是未修饰 Ag 组、 Ag@OA 组和 Ag@SC 组的 2.3 倍、 1.5 倍和 3.0 倍。这归因于丝素蛋白的疏水结构域主导，使适度疏水纳米颗粒更易与其发生特异性相互作用。

图 4. 改良蚕丝的形态及银元素含量与分布评估

力学性能测试显示，与普通蚕丝相比， Ag@OA 和 Ag@LA 改性后的蚕丝拉伸强度分别提升了 15.3% 和 18.7% 。所有改性蚕丝的平均断裂伸长率均优于普通蚕丝，其中 Ag@LA 提升最为显著，达对照组的 1.3 倍，最大伸长率为 37.55% 。 Ag@LA 蚕丝综合力学性能最优，平均强度、杨氏模量和韧性分别为 0.83 GPa 、 14.8 GPa 和 175.94 MJ·m ^-3 。单纤维测试中， Ag@LA 的最大强度、杨氏模量和韧性分别为 965.99 MPa 、 18.55±0.64 GPa 和 220.68 MJ·m ^-3 ，且优于传统改性蚕丝。值得注意的是，所用 Ag NPs 浓度远低于传统改性剂，但仍实现了性能的显著性能提升。此发现证实了 Ag NPs 改性的高效性，为开发低剂量高性能蚕丝改性技术提供参考，以及新型高性能生物材料的开发提供理论依据和技术支撑。

图 5. 不同种类改性纳米银粒子含量的蚕丝机械性能及机制研究

总结与展望

总之，纳米颗粒的表面疏水性 / 亲水性会影响其在蚕丝纤维中的积累，而积累程度会显著影响蚕丝的机械性能。在本研究中，通过使用油酸（ OA ）、月桂酸（ LA ）和柠檬酸（ SC ）涂层剂，赋予了银纳米颗粒（ Ag NPs ）疏水性和亲水性。结果表明，介于疏水性和亲水性之间的略带疏水性的银纳米颗粒更容易渗透到蚕丝纤维中。在加入银纳米颗粒后，虽然蚕丝纤维的化学成分基本保持不变，但蚕丝的 β-

浙理工刘懿丹/周文龙团队：友好型蚕食入丝——生物相容性与强韧蚕丝的协同增强

正文

请到「今天看啥」查看全文