摘要： 為了完好地保留蠶絲上的絲膠，擴(kuò)大蠶絲的應(yīng)用領(lǐng)域，文章通過改變蠶吐絲結(jié)繭的習(xí)性，引導(dǎo)180只成熟桑蠶在表面光滑的方形PVC平板(66 cm×220 cm)上進(jìn)行吐絲，得到一款輕薄且均勻的蠶絲膜材。該蠶絲膜材呈半透明狀，厚度為0.18 mm，平方米質(zhì)量為38 g/m2，掃描電鏡下膜材上的蠶絲形態(tài)呈現(xiàn)出規(guī)則的交叉分層疊放，孔隙分布均勻，孔隙率為83.76%。通過一系列的實(shí)驗(yàn)，對(duì)蠶絲膜材的干濕強(qiáng)力、伸長(zhǎng)、透氣、抗菌等性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該膜材在干態(tài)下的強(qiáng)力大于濕態(tài)，干態(tài)下的斷裂伸長(zhǎng)小于濕態(tài)伸長(zhǎng)，各部分透氣均勻，對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌均具有一定的抗菌性。

　　關(guān)鍵詞： 蠶絲膜材;輕薄;結(jié)構(gòu);抗菌;性能測(cè)試;絲膠膜

　　基金項(xiàng)目： 江蘇省高等職業(yè)教育產(chǎn)教融合集成平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目(蘇教職函〔2019〕26號(hào));江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修項(xiàng)目(蘇教師函〔2020〕23號(hào));江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(蘇教師〔2019〕3號(hào));江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(BY2020336);江蘇省高等職業(yè)教育高水平專業(yè)群建設(shè)項(xiàng)目(蘇教職函〔2020〕31號(hào))

　　蠶絲是一個(gè)復(fù)雜的蛋白質(zhì)復(fù)合體，除了絲素和絲膠以外，還有著很多生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)組分[1]。蠶絲是一種可以應(yīng)用在諸多高新產(chǎn)業(yè)的材料[2]。蠶絲中富含的絲素可以抑制微生物的生長(zhǎng)[3]，已廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥領(lǐng)域及制備生物材料[1]。絲素蛋白還是一種良好的光學(xué)材料，絲素蛋白固定酶可以制成酶?jìng)鞲衅鳌＝z素膜是將絲素溶解后再生得到的薄膜狀物，絲素膜又稱絲蛋白膜，可用作創(chuàng)面保護(hù)膜，避免創(chuàng)口感染。天然絲膠蛋白具有良好的生物相容性，在美容護(hù)膚、抗炎和保健產(chǎn)品中已有應(yīng)用，由絲膠蛋白制成的絲膠膜、組織工程支架材料等也已擴(kuò)展應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[1，4]。對(duì)絲膠進(jìn)行改性，可以改善絲膠膜的性能，進(jìn)一步增加其適用性[5-6]。絲素與絲膠的共混膜，可以作為膠囊的殼材[7]。絲素與其他材料共混成膜后，可以改善純絲素膜的性能[8-9]。此外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以明顯改善絲素膜的結(jié)構(gòu)和性能，使其作為生物醫(yī)用材料的優(yōu)勢(shì)更加明顯[10]。

　　上述多項(xiàng)膜材都是以桑蠶繭的繭殼為實(shí)驗(yàn)材料，或者是從繅絲后的廢水里提取絲膠，取材不便且質(zhì)量難以保證。從源頭上提高繭絲的利用率，提升原材料質(zhì)量，高效、快捷地得到品質(zhì)更好的蠶絲材料，是各項(xiàng)科研實(shí)施與轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)保障。還有學(xué)者嘗試?yán)梅强椩斐删W(wǎng)等多種技術(shù)將蠶絲直接加工成膜，結(jié)果顯示這些方法或者不適合蠶絲，或者對(duì)蠶絲的成分和性能會(huì)造成一定的損失[11-12]。

　　本文介紹了一種輕薄型蠶絲膜材的制備方法，利用了平板絲的生產(chǎn)原理，將蠶的吐絲場(chǎng)所限定為二維結(jié)構(gòu)的平板，通過合適的工藝條件，人為控制熟蠶在平面上來回爬行吐絲，制備得到的蠶絲膜材保留了蠶絲自然的特性，省去了復(fù)雜的成分分離與合成工序。并對(duì)得到的膜材表觀形貌、力學(xué)性能、抗菌性能進(jìn)行測(cè)試分析，探討其在美容面膜、醫(yī)用口罩等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。該膜材的生產(chǎn)方法亦可推廣到轉(zhuǎn)基因蠶，以及通過給蠶喂食特殊成分的飼料，得到特殊功能的蠶絲膜材，為進(jìn)一步研究開發(fā)和有效利用蠶絲提供理論支持。

　　1 實(shí) 驗(yàn)

　　1.1 材料和儀器

　　成熟桑蠶200只(廣西八園農(nóng)業(yè)科技有限公司)，直徑為10 cm表面光滑的圓形PVC平板20個(gè)，66 cm×220 cm表面光滑的方形PVC平板(配有自動(dòng)變光系統(tǒng))1個(gè)，同批次的普通蠶繭。

　　1.2 輕薄型蠶絲膜材的制備

　　將同一批20只成熟桑蠶分別放置于20小塊表面光滑的圓形平面上吐絲制備平面繭。平面繭的制備過程如圖1(a)所示，待其完成吐絲靜置不動(dòng)一段時(shí)間之后，將蠶蛹拿掉，繭絲稱重，得到平面繭的平均質(zhì)量為0.31 g。為了制備輕薄型蠶絲膜材，參考市面上輕薄型半透明384銅氨纖維面膜布的平方米質(zhì)量為38.4 g/m2，將4組180只熟蠶均勻放置在66 cm×220 cm的方形平板上，以制作合適面密度的膜材。由于蠶在吐絲結(jié)繭的時(shí)候需要背光的場(chǎng)所，所以在膜材制作過程中，為了更好地控制熟蠶使其吐出的蠶絲成膜更加均勻，采用一套自動(dòng)變光系統(tǒng)，分別位于吐絲區(qū)域的四個(gè)方向，按照一定的時(shí)間，自動(dòng)開啟一部分燈光，同時(shí)關(guān)閉一部分燈光，引導(dǎo)蠶向同一個(gè)方向邊移動(dòng)邊吐絲，吐絲過程如圖1(b)所示。吐絲完畢之后，通過裁剪得到22 cm×22 cm方形的蠶絲膜材，如圖1(c)所示。

　　1.3 性能測(cè)試

　　1.3.1 掃描電鏡

　　采用JSM-5600LV掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)，對(duì)蠶絲膜材及普通蠶繭的表觀形貌進(jìn)行對(duì)比。

　　1.3.2 厚度測(cè)試

　　采用YG(B)141D織物厚度儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》中的測(cè)試方法，對(duì)蠶絲膜材的厚度進(jìn)行測(cè)試，壓重砝碼為25 cN，加壓時(shí)間為10 s。

　　1.3.3 孔隙率

　　裁取10塊尺寸為15 cm×15 cm的蠶絲膜材，烘干24 h后置于大氣中調(diào)濕，分別對(duì)每個(gè)試樣進(jìn)行稱重，取平均值代入下式計(jì)算，得到蠶絲膜材的平方米質(zhì)量m為38 g/m2。

　　m=102G0L×B(1)

　　式中：G0為試樣質(zhì)量，g;L為試樣長(zhǎng)度，cm;B為試樣寬度，cm。

　　蠶絲的密度ρ是1 300 kg/m3[13-14]，厚度σ來源于13.2的測(cè)試結(jié)果。根據(jù)下式[15]可以計(jì)算出蠶絲膜材的孔隙率n。

　　n=1-mρσ(2)

　　1.3.4 力學(xué)性能測(cè)試

　　采用HT-101PT單柱拉力機(jī)(杭州金邁儀器有限公司)對(duì)蠶絲膜材進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，將試樣裁剪成尺寸為10 mm×100 mm的長(zhǎng)方形。樣品拉伸速度為100 mm/min，隔距50 mm。通過下式將測(cè)試所得的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)換算為應(yīng)力與應(yīng)變，應(yīng)用Origin軟件得到相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

　　應(yīng)力(MPa)=強(qiáng)力(N)×10-6面積(m2)(3)

　　應(yīng)變/%=伸長(zhǎng)(mm)隔距(mm)×100(4)

　　1.3.5 透氣性能測(cè)試

　　本文采用YG461E-Ⅲ全自動(dòng)透氣量?jī)x(寧波紡織儀器廠)，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》中的測(cè)試方法，對(duì)蠶絲膜材的透氣性能進(jìn)行測(cè)試，選擇面積為20 cm2圓形通氣孔、壓強(qiáng)為100 Pa。

　　1.3.6 抗菌性能測(cè)試

　　將測(cè)試樣品紫外照射30 min滅菌。取三個(gè)100 mL錐形瓶，按照分組分別向其中加入10 mg測(cè)試樣品，然后加入5 mL配置好的細(xì)菌懸液和45 mL的LB液體培養(yǎng)基。對(duì)照組為加5 mL細(xì)菌懸液和45 mL的LB液體培養(yǎng)基。然后置于恒溫振蕩器中(37 ℃、200 r/min)振蕩培養(yǎng)8 h，吸取菌液做連續(xù)10倍的稀釋(本文采用1︰106、1︰107和1︰108三個(gè)稀釋比例)后，均勻涂布于LB固體培養(yǎng)基上，37 ℃培養(yǎng)18 h，拍照并記錄菌落數(shù)。

　　作者： 王慧玲

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