原子力显微镜为研究蚕丝改性和应用奠定基础

利用原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、圆二色谱仪(CD)等手段,研究了家蚕丝素纤维及丝素蛋白的形态结构,并尝试通过改变丝素蛋白溶液的酸碱性来观测其形态变化。结果表明,丝素纤维表面有许多沟槽和条纹,具有原纤结构特征;许多直径为20～50nm的圆形或椭圆形颗粒分子形成丝素蛋白的微观形态。在不同的酸碱条件下,球状颗粒分子具有不同的聚集方式,形成不同的微观形态。

蚕丝是一种天然的蛋白质纤维,具有优雅的光泽,柔软的手感,优良的吸湿性、保暖性、透气性以及良好的保健功能(张月华,徐安英,2003)。蚕丝作为纺织纤维的应用已有几千年的历史,用于临床上,如用作手术缝合线等也已经有几十年的历史,是人类最早利用的动物纤维之一。蚕丝由丝素蛋白和丝胶蛋白两种蛋白组成,其中丝素蛋白占蚕丝的70%～80%,是蚕丝的主要组分,富含乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸等18种氨基酸(郑今欢等,2002),具有优良的物理、化学特性和生物相容性。近年来,它广泛应用于食品和化妆品添加剂。同时,它在其它领域的应用上也取得了许多新的进展,如应用于生物传感、生物医学材料、软组织相容材料、组织工程等领域,引起人们的广泛关注(Fraseretal.,1973;By2rom,1991;Kaplanetal1,1994)。因此,对其进行详细研究,无论从基础科学还是应用科学都具有意义。

原子力显微镜(AFM)是分析和研究各种材料微观结构的有效工具,近年来被广泛应用于材料结构的研究中。虽然世界各国的学者已通过电镜对蚕丝纤维进行了大量的研究,但原子力显微镜与电镜相比,具有制样简单、不需对试样做表面处理、分辨率高并以三维立体图像的形式反映纤维表面特征的优势,同时利用仪器所带软件可定量分析比较材料的微观结构特征(潘志娟,朱美男,2005)。因此,用原子力显微镜来观察丝素纤维及其蛋白,能观测到纳米级的精细结构和微妙变化,从定性和定量两个方面来分析它们的微观结构特征,所得结果更为准确和形象直观。

基于上述思路,主要利用原子力显微镜观测家蚕丝素纤维和丝素蛋白的形貌特征,并尝试通过改变丝素蛋白溶液的酸碱性来观测其形态变化,为进一步研究蚕丝的改性和应用奠定基础。

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