蚕丝蛋白的结构和功能[1]
蚕丝蛋白结构和功能研究
蚕丝蛋白结构和功能研究蚕丝蛋白是一种十分特殊的蛋白质，它拥有非常优秀的物理性质和化学性质。
蚕丝蛋白是由蚕的体液中分泌出来的，经过一系列的加工处理才变成我们所熟知的蚕丝。
今天我们将深入探讨蚕丝蛋白的结构和功能，希望对大家有所启发。
一、蚕丝蛋白的结构蚕丝蛋白是由多种蛋白质混合而成的蛋白质复合体，其主要成分是丝素蛋白。
丝素蛋白的分子量非常大，一般达到200多千道尔顿。
具体的结构上，它主要是由多种氨基酸序列组成，其中赖氨酸和丝氨酸的含量非常高。
蚕丝蛋白内部还含有许多结构成分，例如各种二级结构和三级结构。
丝素蛋白的二级结构主要是β-折叠和α-螺旋。
这些二级结构在整个蛋白质中分布不均，部分区域形成β-折叠，而另一些区域则形成α-螺旋。
值得注意的是，蚕丝蛋白还含有大量的非晶质结构，即其内部有大量未结晶的氨基酸序列。
这些未结晶的氨基酸序列的存在哈多重要的意义，它们可以增加蚕丝蛋白的柔软性和延展性，从而使蚕丝具有更好的牢固性和亲肤性。
二、蚕丝蛋白的功能蚕丝蛋白的功能非常复杂，它在各种环境下都有着非常好的表现。
我们可以从以下几个方面来探讨蚕丝蛋白的功能。
1. 物理性质蚕丝蛋白的物理性质非常重要，它有着非常好的拉伸和抗压能力。
在人体上，蚕丝蛋白可以用于修复创伤，如人工角膜、皮肤移植等。
因为蚕丝蛋白具有很好的生物相容性和体内稳定性，不会产生毒性或者过敏反应。
同时，蚕丝蛋白的材料韧性也很强，在各种环境下都可以保持很好的长期稳定性，这使得蚕丝蛋白可以被广泛应用于工业、航空航天、体育用品、医学等各个领域。
2. 生物医学应用蚕丝蛋白还可以被广泛应用于生物医学领域。
例如，可将蚕丝蛋白进行定制化处理，使其能够用于组织工程方面的应用。
借助特殊的化学方法，蚕丝蛋白可以被转化为片状或者纤维，作为组织修复材料使用。
蚕丝蛋白的血管内种植也可以帮助患者解决心血管问题。
在肿瘤治疗方面，蚕丝蛋白的应用也有不错的前景。
由于蚕丝蛋白具有良好的生物相容性，可以被患者的身体所接受，因此可以被充分地利用于肿瘤治疗。
蚕丝蛋白制备工艺
蚕丝蛋白的分子结构中含有大量的氨基酸残基，这些残基可以与多种物质发生相互 作用，为其在生物医学领域的应用提供了广泛的可能性。
蚕丝蛋白的应用领域
生物医学材料
蚕丝蛋白可以用于制备人工皮 肤、手术缝合线、药物载体等
生物医学材料。
复合工艺
复合材料的选择
根据应用需求，选择适合的基材和增强材方法，将基材和增 强材料结合在一起，形成复合材料。
热处理和加工
对复合材料进行热处理和加工，如固化、切 割、打磨等，以满足应用需求。
性能检测与评价
对复合材料的性能进行检测和评价，确保其 满足使用要求。
洗涤
用清水反复冲洗，进一步去除残留的 杂质和化学试剂。
脱色和脱盐
脱色
采用氧化剂或吸附剂去除溶液中的色素，使蚕丝蛋白更加洁白。
脱盐
通过离子交换或透析等方法去除溶液中的盐分，提高蚕丝蛋白的纯度。
03
蚕丝蛋白的纯化工艺
沉淀法
盐析法
利用高浓度的盐溶液使蛋白质发生沉淀，再通过离心、过滤等方法将沉淀物与溶 液分离，达到纯化目的。
06
蚕丝蛋白制备工艺的应用和发 展前景
在医疗领域的应用
生物材料
蚕丝蛋白具有优良的生物 相容性和可降解性，可用 于制作医疗植入物、人工 器官等生物材料。
药物载体
蚕丝蛋白可以作为药物载 体，用于药物传递系统， 提高药物的靶向性和生物 利用度。
止血材料
蚕丝蛋白中含有多种活性 成分，具有止血、抗炎等 作用，可用于制作止血敷 料、绷带等医疗用品。
蚕丝蛋白制备工艺
汇报人：文小库 2024-01-06
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蚕丝蛋白的综合利用和发展前景
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药物载体
蚕丝蛋白能够与药物结合，形成药物 载体，通过控制药物的释放速度和部 位，提高药物的疗效和降低副作用。
药物缓释剂
蚕丝蛋白可作为药物缓释剂，将药物 包裹在其中，实现药物的缓慢释放， 延长药物作用时间。
蚕丝蛋白在再生医学和创伤修复中的应用
创伤修复敷料
蚕丝蛋白具有良好的抗炎、抗菌和促进愈合的特性，可作为创伤修复的敷料， 促进伤口愈合。
合利用提供理论支持。
加强蚕丝蛋白提取、纯化和改 性技术的研究，提高其产量和 质量，降低生产成本，为蚕丝 蛋白的广泛应用提供技术支持
。
拓展蚕丝蛋白在医疗、美容、 环保等领域的应用范围，开发 更多具有创新性和实用性的产 品，满足市场需求。
加强国际合作与交流，引进国 外先进技术和管理经验，提高 我国蚕丝蛋白产业的国际竞争 力。
骨骼和软骨修复
蚕丝蛋白可以与骨骼和软骨细胞结合，促进细胞的生长和分化，用于骨骼和软 骨的修复治疗。
03
蚕丝蛋白在纺织品领域的 应用
蚕丝蛋白在高档纺织品中的应用
总结词
具有高附加值
详细描述
蚕丝蛋白由于其优良的质地和光泽，被广泛应用于高档纺织品中，如高档服装、 围巾、领带等，其产品价格高昂，深受消费者喜爱。
04
蚕丝蛋白的发展前景和挑 战
蚕丝蛋白的产量和生产成本
产量
随着养殖技术的不断改进，蚕丝蛋白的产量逐年增加，但仍 面临生产成本高、资源有限等问题。
生产成本
受养殖技术、原材料等因素影响，蚕丝蛋白的生产成本较高 ，限制了其在某些领域的应用。
蚕丝蛋白的创新研究和应用拓展
新技术研发
通过基因工程、生物技术等手段，提 高蚕丝蛋白的产量和品质，降低生产 成本。
蚕丝蛋白的生物合成和应用
蚕丝蛋白的生物合成和应用蚕丝蛋白是一种重要的生物大分子，经过数十年的研究，在生物科学、医学、纺织、食品等领域均有广泛应用。
在这篇文章中，我们将深入了解蚕丝蛋白的生物合成和应用。
第一部分：蚕丝蛋白的生物合成蚕丝蛋白是蚕茧的主要成分，是一种由多肽组成的生物高分子，具有很高的机械强度和抗拉性能，在纺织业、医学上有很多应用。
蚕丝蛋白的生物合成非常有趣，让我们一起来了解一下。
1. 蚕的生长发育蚕是一种经济昆虫，很适合用于蚕丝蛋白的研究。
蚕有五个生长发育期，分别是卵、幼虫、蛹、成虫和生殖期。
其中，蚕丝蛋白生合成主要发生在幼虫期。
2. 蚕丝蛋白的生合成蚕丝蛋白是由蚕的体内分泌腺细胞合成的，主要存在于蚕的丝腺中。
蚕的丝腺分为前丝腺、中丝腺和后丝腺，不同丝腺内合成的蚕丝蛋白具有不同的性质和用途。
前丝腺合成的蚕丝蛋白主要用于胶束纺织，中丝腺合成的蚕丝蛋白主要用于丝绸的制作，后丝腺合成的蚕丝蛋白主要用于蚕茧的结构支撑。
蚕丝蛋白的生合成过程中，主要涉及到以下几步：（1）蚕的分泌腺细胞合成前体蛋白（2）前体蛋白再经过内质网，高尔基体和分泌小泡的处理，变成蚕丝蛋白（3）蚕丝蛋白从丝腺中分泌出来，经过吐丝器的伸展制成蚕茧（4）蚕丝蛋白通过加热、溶解、成纤成丝等多个步骤，制成各种丝制品第二部分：蚕丝蛋白的应用蚕丝蛋白具有很高的机械强度和抗拉性能，在纺织业、医学上有很多应用。
以下是它的主要应用方向：1. 纺织业蚕丝蛋白因其坚韧、柔软、舒适，已被成功地应用于高档面料的生产，如高尔夫球衣、内衣、袜子等。
蚕丝蛋白纤维还可以用于高档器械、拳击手套等的生产，使它们更加舒适、拟振、减少摩擦，同时保护关节和肌肉。
2. 医学蚕丝蛋白在医学上也有大量应用，它可以用于制作灵活的人工血管、医用缝线、替代组织和器官等，使医学更安全、便捷和效率更高。
同时，通过化学修饰和复合改性等手段，还可以使蚕丝蛋白纤维具有不同的性质和功能，如抗菌、抗炎、增强稳定性、提高生物相容性等。
蚕丝蛋白的功效及价值
蚕丝蛋白的功效及价值（本文有专业蚕丝被厂家邵氏家纺整理提供）蚕丝蛋白（Fibroin；シルクタンパク）又名：丝素蛋白。
丝素蛋白，是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70%～80%，含有18种氨基酸，其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)约占总组成的80%以上。
概述缓释性等，而且经过不同处理可以得到不同的形态，如纤维、溶液、粉、膜以及凝胶等。
蚕丝蛋白护肤谢率，帮助修补受损的皮肤组织，令暗哑疲倦的肌肤再添生机，从而在极短时间内还原美白、质，含有的蛋白质大大高于珍珠，其中含氮量比珍珠高几十倍，主要氨基酸含量高10倍以上，天然蚕丝加工提炼成天然蚕丝蛋白水解液。
蚕丝蛋白水解液的渗透力极强，涂于皮肤能修复已损伤的皮肤。
促进肌肤细胞再生的作用。
实验进一步证实，蚕丝蛋白对黑色素生成的抑制更为有效,丝缩氨基酸还能抑制皮肤中酪氨酸酶的活性，从而抑制酪氨酸酶生成黑色素,有内而外改善暗淡肤色。
富含多种氨基酸和小分子蛋白质，极易为肌肤吸收，提供肌肤美白所需的营养成分。
肌肤逐渐恢复并保持健康白皙，呈现如丝般柔滑细腻，焕发动人光彩,倍增魅力！进一步更实现了女人希望皮肤白皙的梦想.护肤5大功效蚕丝蛋白纤维是一种新型的功能性纤维，具有其它纤维及加工品无可替代的独特性能和无可比拟的旺盛生命力。
经过染织而成的各种色彩绚丽的蚕丝蛋白面料，更易缝制加工成各类高级成衣及运用于高档家纺市场。
蚕丝蛋白纤维所具有的特别功效有以下五点：第一，舒适感。
蚕丝蛋白纤维与人体有极好的生物相容性，加之表面光滑，手感柔软，其对人体的摩擦刺激系数较其他各类纤维要低的多。
因此，当我们的娇嫩肌肤与滑爽细腻的们的每一寸肌肤。
第二，吸、放湿性好。
蚕丝蛋白纤维富集了许多胺基（-CHNH）、氨基（-NH2）等亲水性基团，又由于其多孔性，易于水分子扩散，所以它能在空气中吸收水分或散发水分，并保持一定的水分。
在正常气温下，它可以帮助皮肤保有一定的水分，不使皮肤过于干燥；在夏季穿着，又可将人体排出的汗水及热量迅速散发，使人感到凉爽无比。
蚕丝蛋白
蚕丝蛋白发展的综述安亭亭姚娟摘要简要介绍了蚕丝蛋白的组成和性能，具体叙述了蚕丝在服装、化妆品、食品、医药、医用材料、生物技术和环保领域等方面的应用和研究进展。
最后阐述了蚕丝蛋白广阔的发展前景。
关键词蚕丝蛋白；应用；进展；发展前景我国是世界上家蚕丝及柞蚕丝产量最大的国家，家蚕生丝产量约占世界一半。
一直以来绝大部分的蚕丝都被用来作为纺织材料。
自2O世纪70年代至今，国内外对蚕丝开发利用的研究逐渐延伸到食品、发酵工业新材料、生物制药、临床诊断治疗、环境保护、能源利用、医用材料及化妆品等领域。
1 蚕丝蛋白的组成及性能1．1 蚕丝蛋白的组成蚕丝蛋白质含量高达98％，主要由丝素、丝胶两种蛋白质组成，其中丝素占70％一80％，丝胶为20％～3O％【3J。
丝素蛋白由一条H链和一条L链通过s — s键结合而成。
丝素和丝胶蛋白均含有包括人体必需氨基酸在内的18种氨基酸。
丝素的主要成分是甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、丝氨酸；而丝胶中则含有大量的丝氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸，其次是甘氨酸、苏氨酸和赖氨酸等。
丝胶中亲水性的氨基酸多于疏水性的氨基酸；而丝素中亲水性的氨基酸少于疏水性的氨基酸。
丝蛋白还含不超过0．7％的钾、钙、硅、锶、磷、铁和铜等多种无机元素。
1．2 蚕丝蛋白的性能从工业用材料的角度来看，丝蛋白与其它天然生物聚合物相比有如下的杰出特性l 4l：①材料均匀单纯，蛋白含量大于95％，由蚕丝即可得到纯的丝蛋白；②家蚕丝纤维无须使用有害的还原剂，用水透析后便能得到纯丝素蛋白溶液；③蚕丝可以随时随地通过对蚕使用人工饲料来得到；④使用加热、干燥、压缩、化学药品处理等，很容易改变它的结构；⑤能制成纤维、粉末、薄膜、溶液等多种形态。
⑥丝蛋白在醇类溶液中难溶，此特性有助于丝素蛋白用作生物材料，因为这种溶剂对活组织无害。
2 蚕丝蛋白的综合利用现状2．1蚕丝在服装领域方面的应用真丝织物有穿着舒适、手感柔软光滑、光泽和谐、华丽高贵等特点。
因此一直受到人们的青睐。
蚕学专业毕业设计论文：蚕丝蛋白的结构与功能关系研究
蚕学专业毕业设计论文：蚕丝蛋白的结构与功能关系研究蚕丝蛋白是一种具有高强度和高弹性的蛋白质纤维，由蚕茧中的丝蛋白构成。
其独特的物理和化学性质使其成为一种重要的材料，广泛应用于纺织业、医学和生物技术领域。
了解蚕丝蛋白的结构与功能关系对于进一步开发其应用具有重要意义。
蚕丝蛋白的结构是其功能的基础。
蚕丝蛋白的主要结构由多肽链组成，每个多肽链由多个互相连接的氨基酸残基组成。
蚕丝蛋白中最常见的氨基酸残基是丝氨酸和甘氨酸，它们按照一定的序列排列以形成蛋白质纤维。
蚕丝蛋白纤维中的β-折叠结构使其具有高度有序的空间排列，从而赋予其强韧的力学性能和高度可延展性。
蚕丝蛋白的结构决定了其独特的功能。
首先，蚕丝蛋白具有出色的机械性能。
其高强度和高弹性使其成为一种理想的纺织材料，可用于制作高品质的衣物和织物。
此外，蚕丝蛋白还具有良好的生物相容性和可降解性，能够在医学和生物技术领域发挥重要作用。
例如，蚕丝蛋白在组织工程中可以被用作支架材料，帮助损伤组织的再生和修复。
此外，蚕丝蛋白还具有优异的保湿性能和光学特性，使其成为化妆品和光学材料的理想选择。
对蚕丝蛋白的结构与功能关系进行研究有助于提高其应用的效率和性能。
首先，通过分析蚕丝蛋白结构中的不同区域和关键残基，可以确定其功能特性的来源和变异。
例如，研究发现蚕丝蛋白中某些氨基酸残基的替代或突变可以改变其机械性能和生物相容性。
这些结构与功能的相互关系可以为蚕丝蛋白的改性和优化提供指导，以满足特定应用的需求。
其次，深入了解蚕丝蛋白的结构与功能关系还可以促进其应用范围的拓展。
例如，通过进一步研究蚕丝蛋白的纳米级结构和表面性质，可以开发出更多的高级功能材料，如智能材料、可控释放系统和生物传感器。
此外，蚕丝蛋白与其他纤维蛋白如胶原蛋白的相互作用也值得深入研究，以发掘其更广泛的应用潜力。
综上所述，蚕丝蛋白的结构与功能关系对于进一步开发其应用具有重要意义。
通过研究蚕丝蛋白的结构特征和相关的功能特性，可以优化其性能，从而推动其在纺织、医学和生物技术等领域的应用。
蚕丝蛋白合成和应用的研究
蚕丝蛋白合成和应用的研究蚕丝蛋白是指蚕丝蛾幼虫所分泌的蛋白质，具有优良的物理、化学性质和生物活性，是一种非常重要的天然蛋白质资源。
蚕丝蛋白与其它蛋白质相比，不仅具有材料学上的优异性能，而且对生命科学也有很重要的应用价值。
如何利用现代科技对蚕丝蛋白进行研究和应用，已成为当前一个热门的领域。
一、蚕丝蛋白合成的研究蚕丝蛋白是一种由6种蛋白质组成的复合蛋白质，分别为丝素、五组合素I、五组合素Ⅱ、黄柔蛋白、粘液蛋白和黏附蛋白。
这些蛋白质通常由蚕丝蛾幼虫前肠腺的特化细胞分泌合成的，经过腺管、腺管通道、钉孔、气门等多道工序加工后被封存在蚕丝的两端，构成蚕丝长丝，由此形成了蚕丝的特级质。
随着现代分子生物学研究技术的飞速发展，越来越多的科学家开始关注蚕丝蛋白的合成和结构。
科学家在研究蚕丝蛋白合成机理和结构的基础上，对蚕丝蛋白结构、形态、功能等方面做了大量的研究。
研究成果表明，蚕丝蛋白通常有很多天然的构象和可变的结构，使其可以在不同的环境下呈现出不同的物理、化学性质。
二、蚕丝蛋白的应用蚕丝蛋白具有优异的物理力学性质，和许多生物相似的物理和生物活性，已成为各个领域中的研究热点之一。
下面就介绍几个应用领域：1.医学领域蚕丝蛋白具有优异的生物相容性、缩合性和吸附性等老化特点，因此可以被广泛地应用于生物医学领域。
例如，可以制成一种能够加速血管新生的人工血管。
人工血管的创新设计可以通过多种方式处理蚕丝蛋白，以实现生物医学应用中的多种功能，包括骨骼修复材料、心肌修复材料等。
2.工程材料领域由于蚕丝蛋白拥有非常优异的性质，除了医学领域外，工程材料领域也可以利用蚕丝蛋白的优异性质来加强材料的力学性能和附着性能。
其中，一些蚕丝蛋白工程材料已经在航空航天、建筑、电子和乐器制造等多个领域得到广泛应用。
例如，蚕丝蛋白被用作电子产品配色材料，通过利用蚕丝原材料的优异性质，可以有效提升产品品质和使用寿命。
3.美容化妆品领域蚕丝蛋白具有天然的保湿、滋润肌肤的特性，因此被广泛地应用于美容化妆品领域。
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刘永成 1963年生于浙江。
1984年7月毕业于宁波大学师范学院。
1986年9月考入中科院兰州化物所,在姚钟麒研究员指导下从事有机合成。
1989年7月获得理学硕士后回宁波大学,协助陈珊妹教授创建应用与工程化学研究所和膜科学实验室,从事膜科学技术研究工作。
1993年9月考入复旦大学,师从于同隐教授,在生物大分子领域里进行研究工作。
1996年7月获理学博士后,留校任教,已有40余篇论文发表在国内外核心期刊上。
蚕丝蛋白的结构和功能刘永成 邵正中 孙玉宇 于同隐(复旦大学高分子科学系,教育部聚合物分子工程实验室,上海,200433) 提要 较为全面地综述了最近几十年国内外关于蚕丝蛋白的组成、结构、性能及其应用的研究和作者课题组十几年来在蚕丝蛋白方面的工作。
关键词 蚕丝蛋白,组成,结构,性能,应用 从基础科学的角度看,高分子化学今后的主要研究目标应该是阐明生命科学中的高分子化学基础或者说高分子化学模拟,如酶的模拟,生物膜的模拟等[1]。
生物大分子是目前高分子领域中很活跃而且富有挑战性的一个研究领域,蛋白质是一类重要的生物大分子。
蚕丝是人类最早利用的天然蛋白质之一,作为一种性能优良的纤维,主要应用于纺织品中。
近来它还应用于生物技术、医药、精细化工等诸多方面,引起人们的广泛关注,已有好几本专著进行总结[2～4]。
蚕丝具有纯度高,来源广等一系列优点。
尤其我国是丝的生产大国,家蚕生丝产量已占世界一半[5],对其进行详细的研究无论从基础科学还是从应用科学来看都是很有意义的[6]。
1 蚕丝的组成茧丝是由丝素蛋白(F ib ro in )和丝胶(Sericin )两部分组成,丝胶包在丝素蛋白的外部,约占重量的25%,蚕丝中还有5%左右的杂质,丝素蛋白是蚕丝中主要的组成部分,约占重量的70%。
丝素蛋白以反平行折叠链构象(Β2sheet )为基础,形成直径大约为10nm 的微纤维,无数微纤维密切结合组成直径大约为1Λm 的细纤维,大约100根细纤维沿长轴排列构成直径大约为10Λm ～18Λm 的单纤维,即蚕丝蛋白纤维[7]。
丝素蛋白中包含18种氨基酸,其中侧基较为简单的甘氨酸(Gly )、丙氨酸(A la )和丝氨酸(Ser )约占总组成的85%[8,9],三者的摩尔比为4∶3∶1,并且按一定的序列结构排列成较为规整的链段,这些链段大多位于丝素蛋白的结晶区域;而带有较大侧基的苯丙氨酸(Phe )、酪氨酸(T yr )、色氨酸(T ry )等主要存在于非晶区域[10]。
丝素蛋白的分子量很高,由于品种很多,以致于不同研究小组得到的结果相差较大,普遍认为在(316～317)×105的范围[11]。
丝素蛋白的组成包含几个亚单元,过去一直没有定论,具有不同的说法[12～16]。
作者用十二烷基硫酸钠2聚丙烯酰胺凝胶电泳(SD S —PA GE )方法研究,发现丝素蛋白是由分子量为2180×105、2130×105和0125×105的3种亚单元组成,并且进一步证明丝素蛋白中存在两个或更多个非二硫链连接的独立亚单元[17]。
丝素蛋白和其他蛋白一样,除了包含C 、H 、O 、N 四种元素以外,还含有多种其他元素组成,这些元素对丝素蛋白的性能及蚕吐丝的机理等有直接关系,作者用质子诱导X发射光谱(P I XE)对多种丝素蛋白进行研究发现,它含有K、Ca、Si、Sr、P、Fe、Cu等元素,这些元素与丝素蛋白之间的相互关系正在探索之中[18]。
2 丝素蛋白的结构丝素蛋白的聚集态结构被认为由结晶态和无定形态两大部分组成,结晶度在50%～60%左右[19],曾提出了一种嵌段分子模型。
作者通过偏振拉曼(R am an)光谱首次发现蚕的前部丝腺内丝素蛋白以向列型液晶态形式存在,用小角X散射(SA XS)测得含有两种似棒状结构,其宽度方向尺寸大小均为3194nm,长度方向尺寸分别为6102nm和710nm[20]。
丝素蛋白分子的构象可分为二类,即Silk 和Silk 结构,Silk 结构包括无规线团(random co il)和Α2螺旋(Α2helix),Silk 结构呈反平行Β2折叠(Β2sheet)。
作者用红外光谱(I R)、拉曼光谱(R am an)、圆二色谱(CD)、广角X散射(LA XS)研究了这些构象及其转变[21～27],具体的谱图特征如表1。
作者还用隧道扫描电镜(STM)得到了这两类构象及其中间状态的图像,如图1所示。
表1 丝素蛋白的结构特征谱图方法Silk 结构特征Silk 结构特征参考文献I R1653c m-1(酰胺 ),1627c m-1(酰胺 ),〔21,22〕1543c m-1(酰胺 ),1531c m-1(酰胺 ),1243c m-1(酰胺 ),1236c m-1(酰胺 ),669c m-1(酰胺 ),695c m-1(酰胺 )R am an1660c m-1(酰胺 ),1676c m-1(酰胺 ),〔23～27〕1252c m-1(酰胺 ),1233c m-1(酰胺 ),1270c m-1(酰胺 ),CD206nm,218nm(负峰)〔25,26〕192nm(正峰)LA XS01430nm,0.476nm〔23〕图1 桑蚕丝腺体中部不同部位丝素蛋白的STM图像a—后区;b—中区;c—前区图1a是丝腺中部后区中丝素蛋白的STM图,其构象主要为无规线团和直径大于419nm的组合螺旋(co iled2co il)[28,29],即几个Α2螺旋的集合体或称绳形结构。
当从后区向中区推进时,水分不断被腺体吸收,溶液变浓,Α2螺旋逐渐稳定地独立存在,图1b就是Α2螺旋构象丝素蛋白的STM图,组合螺旋的直径变小(211nm～317nm之间)逐渐向单个的Α2螺旋过渡。
图1c是在中部前区的丝素蛋白的构象,其链间距减少至012nm左右,接近Β2片状构象。
从Silk 结构到Silk 结构的转变可以通过改变温度、溶剂极性(如甲醇,乙醇,甲酸,二甲基甲酰胺等)、溶液pH变化和应力作用加以完成[29]。
3 丝素蛋白的性能丝素蛋白由于具有多孔性及较高的吸水回潮率,因此透气性好、光滑柔软、手感好、穿着舒适。
从40年代起,人们发现其从175℃开始逐步失重,颜色由白变黄,至280℃完全变黑[30]。
Schw enker[31]、石川博[32]等用D SC研究,发现在100℃附近蚕丝开始脱水,305℃时观察到样品分解。
对于无定形态的丝素蛋白膜,它的玻璃化转变出现在173℃,当温度超过180℃以后,无规线团向Β2结构转变[33]。
蚕丝素蛋白的力学性能随其存在的形式不同而不同,以纤维形式存在时力学性能较好,通过对生丝在拉伸过程中的表面形貌及断口的观察提出了断裂过程的几种模型[34]。
作者发现丝素蛋白膜在干燥状态下和有机溶液体系中很脆[22,35,36]。
丝素蛋白分子中因含有一定量的羟酚基及其它结构,容易吸收紫外光而变性,对其性能有很大影响,表2表明了紫外光对力学性能的影响[37,38],随照射时间的增加,丝素蛋白泛黄程度也增加,特别是在有水存在下,泛黄更为严重[39,40]。
4 蚕丝的改性丝素蛋白虽然具有很多优良的使用性能,但在紫外光照射下,氨基酸组成发生裂解,白度明显下降,力学性能和热性能也大幅度下降[37],而且丝素蛋白又难于染色和易于褪色等,为了使缺陷得以改善,必须进行改性,改性可以用生物学的基因方法来改善蚕的品种,也可以采用化学和物理的方法加以改进。
下面介绍化学改性和高分子共混两种方法。
411 接枝日本和印度在丝素蛋白纤维的接枝聚合改性方面作了大量的研究[41～43]。
作者用Ce4+引发体系首次将强紫外吸收稳定剂22羟基242丙烯酰氧二苯酮(HAOB P)接枝到丝素蛋白纤维上,纤维的抗紫外辐照性能、热稳定性能明显得到改善,且力学性能没有下降[38],其具体数据见表2。
为了改善蚕丝的染色性能,作者将3种染料单体22羟基242丙烯酰氧二苯酮(HAOB P)、12羟基222丙烯酰氧蒽醌(HAOAQ)和1,5,82三羟基222丙烯酰氧蒽醌(THAOAQ)采用无引发剂体系分别接枝到蚕丝上,所得到的产物不仅色泽鲜艳、不褪色,而且热稳定性和抗紫外性得到明显的改善,力学性能也没有下降,成功地使蚕丝染色和抗紫外改性在同一步完成,将接技整理工序和染色工序简化为一道工序。
作者发现其接枝链均产生于丝素蛋白分子中的半胱氨酸(Cys)的巯基(—SH)上,且接枝后,丝素蛋白分子中的蛋氨酸(M et)侧基发生了由gauche 向tran s的构象转变,接枝链和均聚链的立体结构均具有一定的等规度,接枝链的等规度略高于均聚链[38,44,45]。
412 共混共混是普遍采用的改进高分子性能的一种简便易行的方法。
为了发挥蚕丝和腈纶两者的优点,克服彼此的缺点,作者把这两者进行了共混,发现它们是部分相容的,部分丝素蛋白呈“蜂窝”状结构分散于聚丙烯腈组份中,另一部分丝素蛋白在复合纤维的外部,即聚丙烯腈被丝素蛋白包埋在中间,使复合纤维的吸湿性得到了改善,其相对吸湿速率甚至超过蚕丝。
含量高的聚丙烯腈组份的晶型基本未变,只是聚丙烯腈的晶粒尺寸变小,结晶度有所下降[46,47]。
作者研究了不同丙烯酸甲酯(M A)含量的丙烯腈2丙烯酸甲酯共聚物(PANM A)与丝素蛋白的相容性,发现PANM A中的羰基能与丝素蛋白中的极性基团形成氢键,且强度随PANM A 中M A含量的不同而变化。
即使当氢键作用最强时,PANM A与丝素蛋白也未能完全互溶,只是相容性有了较大改善;当改变温度时,氢键的种类及强度都随之发生变化,这是由于丝素蛋白中有多种可与PANM A形成氢键的基团,故室温观察到的很可能是多种氢键的叠加。
为此我们提出了“氢键平均化”的概念和“分子间特殊相互作用诱导构象转变”的机理[48～50]。
为了克服蚕丝蛋白膜在干燥状态和有机体系中变脆的缺点,作者将其与成膜性能良好的合成高分子聚乙烯醇进行共混,虽然共混膜外观均匀透明,通过SE M发现两组分不完全相容,有明显的分相结构,通过FT2I R发现两组分分子间的相互作用不强,但制得的共混膜性能却有所变化,表现在吸水性大大改善,力学性能也有所改进,因此可以在干燥状态和有机体系中使用[23,36]。
表2 蚕丝接枝前后的物理性能比较样品品种条件分解温度 ℃断裂强度 N・mm-2断裂伸长 %未接枝蚕丝没有紫外辐照3353582817接枝蚕丝没有紫外辐照3423672314未接枝蚕丝紫外辐照14h3302901819接枝蚕丝紫外辐照14h3413622116 作者对壳聚糖2丝素蛋白共混膜进行结构研究结果表明共混膜中的两组份间存在着较强的相互作用,它们是基本相容的[50]。
同时发现壳聚糖使丝素蛋白的构象发生转变,这是由于两者之间存在着较强的氢键相互作用,以刚性的壳聚糖分子链为模板将丝素蛋白分子链拉直从而诱导丝素蛋白的构象由无规线团或Α2螺旋向Β2折叠转变,壳聚糖2丝素蛋白合金膜是一种优良的水优先吸附性膜。