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  自古以來，絲綢作為一種質(zhì)地柔軟、色澤光麗的天然紡織品，廣受人們的喜愛。中國是蠶絲的發(fā)源地，從古老的“絲綢之路”到今天的“一帶一路”，養(yǎng)蠶繅絲是我國對世界物質(zhì)和文化文明的重要貢獻(xiàn)。蠶絲因其具有優(yōu)異力學(xué)性能、生物相容性和生物降解性，近年來逐漸應(yīng)用于組織工程、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步改善蠶絲的性能和提高其應(yīng)用價(jià)值，需要對天然蠶絲進(jìn)行改性，增強(qiáng)其力學(xué)性能、抗菌性能、抗黃變性等。目前，蠶絲改性方法主要有物理改性法、化學(xué)改性法、基因改性法及添食育蠶法等。作為一種新興方法，添食育蠶法具有操作簡單、無后續(xù)處理、可大規(guī)模生產(chǎn)、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。近年來，該方法在喂食有機(jī)染料獲得彩色蠶絲，以及喂食納米材料獲得性能增強(qiáng)蠶絲方面取得了一定的進(jìn)展。納米材料可賦予蠶絲新的功能，但納米材料尺寸、物理及化學(xué)因素對改性蠶絲的影響，及其在體內(nèi)的生物分布、代謝過程等尚不清楚。通過研究納米材料的性質(zhì)對家蠶及蠶絲的影響，有利于深入了解納米材料在生物體內(nèi)的作用機(jī)制進(jìn)而提高其利用率及應(yīng)用價(jià)值。

圖1. 通過喂食法獲得抗菌蠶絲的示意圖

  天津大學(xué)張雷教授課題組利用一系列不同粒徑的納米銀顆粒(20-100nm)喂食家蠶，研究家蠶不同器官對納米銀顆粒的攝取、積累情況，以及蠶絲中納米銀顆粒的含量。結(jié)果顯示，不同粒徑的納米銀顆粒在蠶絲中的含量不同，50nm的納米銀在蠶絲中含量最高，為147mg/kg，顯著高于其他粒徑的納米銀顆粒。進(jìn)一步檢測家蠶體內(nèi)各種器官中的納米銀含量，發(fā)現(xiàn)家蠶腸、血淋巴和絲腺中50nm的納米銀含量最高，相應(yīng)地，家蠶糞便中50nm納米銀的含量低于其他組，說明50nm納米銀通過腸吸收和淋巴循環(huán)進(jìn)入家蠶體內(nèi)的量較多，積累在絲腺中的量也較多，從而獲得具有較高納米銀負(fù)載量的改性蠶絲。值得注意的是，通過喂食50nm 納米銀得到的蠶絲纖維對革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌)和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）均表現(xiàn)出較好的抗菌性能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蠶絲的直徑、形態(tài)和結(jié)構(gòu)在改性后未發(fā)生明顯改變，但其熱穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。

圖2. 不同粒徑納米銀修飾的蠶絲中銀的含量和分布情況

  該研究證明了納米銀顆粒在體內(nèi)的有效攝取、生物分布、以及蠶絲負(fù)載量與其粒徑大小密切相關(guān)，為納米材料改性蠶絲獲得具有不同功能的新型絲蛋白材料提供了新的思路。

圖3. 不同粒徑納米銀在（a）蠶絲纖維和家蠶(b)前部絲腺，(c)中部絲腺，(d)后部絲腺，(e)血淋巴，(f)蠶皮，(g)蠶沙和(h)蠶腸中的平均含量。

  論文的第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院碩士生可佳和博士生朱迎男，通訊作者為天津大學(xué)化工學(xué)院張雷教授。本研究的相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于ACS Sustainable Chemistry& Engineering，并被選為ACS Editors'' Choice。本項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金(21621004和21961132005)的支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b05799