脱胶对蚕丝纤维的溶解及丝素蛋白性能的影响

王宗乾， 杨海伟， 王邓峰

(安徽工程大学 纺织服装学院， 安徽 芜湖 241000)

蚕丝主要由丝素蛋白和丝胶蛋白组成，其中丝素蛋白质量占70%～80%，丝胶蛋白质量占20%～30%[1]。丝素和丝胶蛋白在氨基酸组成、分子排列、结构与溶解性能等方面均有显著差异[2-5]。研究表明，丝素蛋白具有良好的生物相容性和可控的降解性能，基于蚕丝素开发的再生丝素蛋白材料在生物医用领域(人造皮肤、人造关节等)具有广阔的应用前景[6]。蚕丝脱胶是获得丝素蛋白的第1步，丝胶蛋白具有水溶性，而丝素蛋白不溶于水，因此，可基于二者溶解性的差异去除丝胶成分，但是丝胶溶解工艺比较复杂，其溶解方式包括溶胀溶解和水解溶解等[7]。目前，常用的脱胶方法主要有碳酸钠脱胶[8]和尿素脱胶[9]，其中：在碳酸钠脱胶工艺中，碳酸钠被丝胶吸附，使丝胶分子中的 —COOH变成—COONa+，丝胶发生溶解，且Na+是一种水合能力很强的离子，当Na+与丝胶结合时，会有大量的水分被带入丝胶内部，使其剧烈膨润，提高丝胶的溶解性[10-11]；而尿素脱胶需要较高处理温度，尿素成分可破坏丝胶分子中的氢键，使丝胶膨化而从蚕丝上脱落实现脱胶[12]。Wang等[13]研究了碳酸钠、尿素、强碱性电解质水溶液等脱胶方法以及不同溶解体系对丝素蛋白分子量和性能的影响，结果表明不同脱胶方法对丝素蛋白热稳定性、力学性能等具有不同的影响。

对脱胶蚕丝进行溶解，并经透析等工艺处理，可获得丝素蛋白溶液。关于蚕丝溶解及溶解工艺对丝素蛋白性能的影响已有不少文献报道。研究表明，经不同溶解体系制备的丝素蛋白性能差异显著，其中氯化钙/乙醇/水(CaCl2/CH3CH2OH/H2O)三元溶剂体系是最为常用的溶剂之一，具有无毒高效特点，且不会引起丝素大分子的严重降解。吴章伟等[14]采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)电泳法检测不同溶解体系制取丝素蛋白的分子量发现：不同溶解体系对丝素蛋白分子量及其分布区间有较大影响；同时，低分子量丝素蛋白溶液在成膜时较难形成α-螺旋及β-折叠结构，而高分子量丝素蛋白溶液在成膜时较易形成上述2种结构。Cheng等[15]研究也表明，不同的溶解体系制备的再生丝素蛋白膜的形态差异显著，这缘于不同溶解体系的溶解机制不同。

蚕丝脱胶、丝素蛋白的溶解是影响丝素蛋白性能的外部因素，脱胶和溶解工艺可对丝素蛋白性能产生重要影响，但目前有关脱胶工艺对丝素蛋白性能影响的研究报道还较少，尤其不同脱胶蚕丝溶解进程以及脱胶工艺对丝素蛋白成膜、成球性能研究方面缺少系统报道。为此，本文分别采用碳酸钠、尿素2种工艺对蚕丝进行脱胶处理，并采用CaCl2/CH3CH2OH/H2O三元溶剂体系对脱胶蚕丝进行溶解，通过系统分析脱胶蚕丝纤维的结构与性能及其溶解进程、丝素蛋白液流变、丝素蛋白分子量分布以及其成膜与成球性能，阐明脱胶工艺对溶解制备丝素蛋白性能的影响规律，揭示不同脱胶工艺对丝素蛋白影响的作用机制。

1 实验部分

1.1 实验材料和试剂

生丝(安徽青阳县三方丝绸有限公司)；尿素、无水氯化钙、石蜡、异丙醇、石油醚、乳化剂Span 80、50%戊二醛、无水乙醇(上海阿拉丁试剂有限公司)；无水碳酸钠(天津科密欧化学试剂公司)，苦味酸(台山众城化工有限公司)；胭脂红、聚乙二醇 4 000(阿达玛斯试剂有限公司)；以上试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1Na2CO3脱胶

配制质量分数为0.5%的Na2CO3溶液，称取一定质量的生丝在常温条件下放入Na2CO3溶液中，然后缓慢升温至100 ℃，并在100 ℃下脱胶 30 min，浴比为1∶50；经上述工艺脱胶2次后，用去离子水充分洗涤脱胶蚕丝，直至没有滑腻感，然后于 40 ℃烘干至质量恒定，避光保存。

1.2.2尿素脱胶

配制浓度为8 mol/L的尿素溶液，称取一定质量的生丝，在常温条件下放入尿素溶液中，然后缓慢升温至90 ℃脱胶3 h，浴比为1∶30；用去离子水充分洗涤脱胶蚕丝，直至没有滑腻感，在40 ℃烘箱中烘干至质量恒定，避光保存。

1.2.3脱胶蚕丝溶解

配制量比为1∶2∶8的CaCl2/CH3CH2OH/H2O三元溶剂(以下简称CaCl2三元溶剂)，避光封闭保存。分别称取一定质量的Na2CO3脱胶蚕丝、尿素脱胶蚕丝以及未脱胶生丝，在常温条件下放入配制的三元溶剂中，浴比均为1∶20；将各蚕丝测试样先在50 ℃下静置溶胀6 h，然后分别在不同温度下溶解，溶解过程中保持磁力搅拌条件相同，实验设置50、60、70、80、90 ℃等温度，考察不同蚕丝样品的溶解进程。

1.2.4丝素蛋白液的透析

丝素蛋白液经透析处理，透析袋由美国联合碳化物公司提供，截留分子质量为8 000～14 000 u。在10～15 ℃的纯水中透析3 d，间隔4 h换1次水。透析结束后，检测透析用水的电导率数值应小于等于0.8 μS/cm。

1.2.5丝素蛋白膜的制备

取透析后的丝素蛋白，在质量分数为10%的聚乙二醇溶液中浓缩后，倒入深度为0.5 mm的聚四氟乙烯成膜器中，自然状态下成膜。

1.2.6丝素蛋白空白微球的制备

采用乳化交联法[16]制备丝素蛋白空白微球。量取20 mL液状石蜡溶液与适量的Span 80搅拌混合40 min，用移液枪缓慢滴加质量分数为16%的丝素蛋白溶液1.8 mL，在转速为350 r/min，室温条件下搅拌 1 h，形成均匀稳定的油包水(W/O)体系；然后缓慢滴加质量分数为50%的戊二醛0.6 mL，持续搅拌3 h，离心并倒出上层清液，依次用石油醚、异丙醇洗涤，干燥，得到丝素蛋白微球。

1.3 测试方法

1.3.1蚕丝脱胶率

将脱胶前后的蚕丝样品放入40 ℃烘箱中烘干至质量恒定，放入干燥器中平衡24 h，精确称量，并按下式计算脱胶率：

式中：R为脱胶率，%；m1为脱胶前蚕丝质量，g；m2为脱胶后蚕丝质量，g。

1.3.2白度值

采用LB-48型荧光白度仪(深圳蓝博检测仪器有限公司)测试脱胶前后蚕丝样品的蓝光白度值(R457)，测试时将蚕丝样品均匀平铺，保证厚度均一，每个样品测试取点不少于8个，取平均值。

1.3.3颜色光谱

采用Datacolor 650型测色配色仪(美国Datacolor公司)测试脱胶前后以及经苦味酸胭脂红染色后的蚕丝颜色值。在D65光源2°视角条件下测试，波长范围为400～700 nm，采样孔径为9 mm。

1.3.4溶解进程的蚕丝形貌

通过纤维图像自动采集和识别系统(东华大学生产)测试溶解过程中蚕丝纤维的形貌。依据不同溶解时间，取蚕丝溶解液1 mL于载玻片上，调节放大倍数，观察溶解蚕丝形貌并截取图像。

1.3.5蚕丝溶解液中不溶物的质量分数

将蚕丝溶解液倒入离心管中，采用TG20-WS型台式高速离心机(长沙湘智仪器公司)离心处理，转速为6 000 r/min，离心10 min。用精密天平称得离心管和蚕丝溶解液的质量为ms，离心后将上层清液倒出，称得离心管和不溶物质量为ma，离心管自身质量为mL，按下式计算不溶物的质量分数：

1.3.6聚集态结构

采用D8系列X射线衍射仪(德国布鲁克公司)分别对不同脱胶蚕丝及丝素蛋白膜的聚集态结构进行测试，测试条件为：Cukα靶(λ=0.154 nm)，电压 40 kV，电流30 mA，扫描范围(2θ)5°～45°，扫描步长0.02(°)/ s，扫描速度2(°)/min。

1.3.7丝素蛋白的化学结构

采用傅里叶变换红外光谱仪(美国Thermo Nicolet公司)对不同脱胶蚕丝进行测试，分辨率为 4 cm-1，扫描次数为32，波数范围为4 000～500 cm-1。

1.3.8丝素蛋白液的流变性能

采用RST型流变仪(美国博勒飞公司)测试不同丝素蛋白液的流变曲线，剪切速率设置为0 ～ 800 s-1，测试温度为(25±0.5)℃。

1.3.9丝素蛋白分子量分布

采用SDS-PAGE型凝胶电泳方法[17]检测丝素蛋白分子量分布。选用质量分数为12%的分离胶和质量分数为5%的浓缩胶，上样量为30 μL。在垂直板电泳槽上电泳，在80 V电压条件下完成浓缩胶电泳过程，再将电压调至120 V完成分离胶电泳过程，电泳时间均为2 h，结束后采用考马斯亮蓝R250染色，然后脱色。

1.3.10丝素蛋白膜的拉伸力学性能

制备长、宽分别为30和5 mm的丝素蛋白膜试样，采用YG021型纤维强力机(温州方圆仪器公司)对其断裂强力、断裂伸长率进行测试，不同试样测试6次，结果取平均值。

1.3.11丝素蛋白膜透过率

采用Lambda 750S UV/VIS/NIR型紫外-可见光谱仪(美国PerkinElmer仪器公司)对不同丝素蛋白膜的透过率进行测试，波长范围为200～700 nm。

1.3.12丝素蛋白微球的粒径与形貌

采用Mastersizer 2000型激光粒度仪(英国马尔文公司)对丝素蛋白空白微球粒径进行分析，测试前微球经超声均匀分散，测试粒径范围为0.02～ 2 000 μm；同时采用S-4800型扫描电子显微镜(日本日立公司)对制备的丝素蛋白空白微球形貌进行观察。

2 结果与讨论

2.1 蚕丝脱胶率及颜色属性

表1示出蚕丝经不同脱胶工艺处理后的脱胶率以及脱胶蚕丝的白度值。图1示出脱胶蚕丝的反射光谱图。由表1可知，Na2CO3脱胶工艺的脱胶率高于尿素脱胶工艺，但尿素脱胶蚕丝的白度值高于Na2CO3脱胶蚕丝。白度值虽可反映测试样品的外观，但反射率表征样品颜色属性更为精确。由图1可知，3个测试样品中尿素脱胶蚕丝的反射率最高，与表1数据一致，表明尿素脱胶蚕丝具有更高的光泽度。

表1 不同工艺脱胶蚕丝的脱胶率与白度值Tab.1 Degumming ratio and whiteness of degummed silk by different method %

图1 脱胶蚕丝反射光谱Fig.1 Reflection spectra of degummed silk

采用苦味酸胭脂红染色法检验生丝经Na2CO3、尿素脱胶工艺后丝胶的去除程度，测试了各染色蚕丝样品的反射光谱，结果如图2所示。Na2CO3和尿素脱胶的蚕丝经苦味酸胭脂红染色后，二者的反射光谱极为接近，经充分水洗后2个染色样品均呈微黄色，未呈现红色，表明丝胶成分已被完全去除，且尿素脱胶蚕丝样品在400～600 nm的反射率略高于Na2CO3脱胶蚕丝；而经苦味酸胭脂红染色的生丝呈现明显的红色。综上分析证明，本文实验采用的Na2CO3脱胶和尿素脱胶工艺可完全去除蚕丝中的丝胶成分，2种工艺脱胶后蚕丝所含丝胶成分没有明显差异。Na2CO3工艺脱胶率较高的原因可能是蚕丝丝素成分对碱剂敏感，致使部分丝素蛋白发生了水解或溶解[18]，水解或溶解的丝素成分在脱胶率计算时被记为了丝胶质量。

图2 苦味酸胭脂红染色脱胶蚕丝反射光谱Fig.2 Reflection spectra of degummed silk dyed by picric acid carmine

综上可知，Na2CO3脱胶、尿素脱胶工艺均可实现对丝胶成分的去除，Na2CO3脱胶蚕丝的白度、反射率低于尿素脱胶蚕丝。为验证不同脱胶工艺可对脱胶蚕丝的溶解进程、丝素蛋白的分子结构与性能产生不同影响，本文做了进一步的研究。

2.2 脱胶蚕丝的X射线衍射与红外谱图

将Na2CO3、尿素脱胶蚕丝以及未脱胶生丝机械球磨，得到各样品粉体。分别测试了3种样品的X射线衍射(XRD)和红外(FT-IR)谱图，结果如图3、4所示。

图3 脱胶蚕丝XRD谱图Fig.3 XRD spectra of degummed silk samples

图4 脱胶蚕丝FT-IR谱图Fig.4 FT-IR spectra of degummed silk samples

蚕丝外层为丝胶蛋白，丝胶蛋白为球状蛋白，其分子链呈非晶线团状，没有尖锐的衍射峰；蚕丝主体为丝素蛋白，其分子构象主要有SilkⅠ型和SilkⅡ型 2种[19]，其中28.4°处为SilkⅠ构象特征衍射峰，9.3°和20.3°处为SilkⅡ构象特征衍射峰[20]。由图3可知：生丝中SilkⅠ和SilkⅡ2种结构共存，而脱胶蚕丝的SilkⅠ结构衍射峰信号减弱，甚至消失，表明脱胶蚕丝中SilkⅠ结构比例降低；脱胶前后蚕丝的SilkⅡ结构衍射峰位没有变化，但峰强度减弱，表明脱胶不会改变丝素蛋白的SilkⅡ晶体结构，但使蚕丝的结晶度下降，其中Na2CO3脱胶工艺对蚕丝结晶度的影响大于尿素脱胶工艺。

因二级结构不同，组成丝胶、丝素蛋白的酰胺键具有不同的特征峰位，同时酰胺键在丝素蛋白的SilkⅠ和SilkⅡ结构中亦具有不同特征峰位，为此可通过红外谱图分析脱胶前后蚕丝结构的变化。由图4 可知：生丝在1 661～1 640 cm-1(酰胺Ⅰ带)处的特征吸收峰为α-螺旋结构[21]，而脱胶蚕丝酰胺Ⅰ带的特征峰位整体向低位偏移；与生丝相比，脱胶蚕丝在1 535～1 514 cm-1(酰胺Ⅱ带)、1 245～1 220 cm-1(酰胺Ⅲ带)、700～696 cm-1(酰胺Ⅴ带)波段吸收峰强度明显增强，其中Na2CO3脱胶蚕丝的最大特征吸收峰强度略高于或高于尿素脱胶蚕丝，上述3个特征峰段均为β-折叠结构峰[22]。表明脱胶后蚕丝的α-螺旋结构比例降低，β-折叠结构比例增加，即脱胶蚕丝SilkⅠ结构比例降低，SilkⅡ结构比例增加，这与脱胶蚕丝的XRD谱图分析结果相一致。

2.3 脱胶蚕丝的溶解进程

采用CaCl2三元溶剂分别对Na2CO3脱胶蚕丝、尿素脱胶蚕丝进行溶解，并对比了未脱胶生丝的溶解进程，依据1.3测试了不同条件下蚕丝溶解液中不溶物的质量分数，通过纤维图像自动采集和识别系统监测了溶解液中纤维形貌变化，结果如表2和图5所示。

表2 蚕丝溶解进程Tab.2 Dissolution process of silk

图5 溶解体系的蚕丝纤维形貌(×200)Fig.5 Fiber morphology of silk in dissolved system (×200).(a) Na2CO3 degummed silk dissolved at 50 ℃ for 6 h; (b) Na2CO3 degummed silk dissolved at 60 ℃ for 6 h; (c) Na2CO3 degummed silk dissolved at 70 ℃ for 6 h; (d) Urea degummed silk dissolved at 80 ℃ for 10 h

相同溶解条件下，通过测试不同溶解体系中不溶物的质量分数可反映出不同蚕丝样品的溶解难易程度。由表2可知，经CaCl2三元溶剂静置溶胀处理后，生丝溶解体系的不溶物质量分数最高，达到了45.15%，尿素脱胶蚕丝为10.77%，Na2CO3脱胶蚕丝没有离心出不溶物；静置溶胀后，将各蚕丝样品在磁力搅拌条件下继续溶解，测试结果表明生丝、尿素脱胶蚕丝的溶解度与溶解温度呈正相关，随着溶解温度的升高，生丝溶解度提高，但生丝在90 ℃条件下溶解6 h后，体系中不溶物质量分数为10.67%，难以完全溶解；尿素脱胶蚕丝随着溶解温度的升高，体系中不溶物质量分数逐渐降低，当溶解温度升高至80 ℃，溶解6 h时，脱胶蚕丝几乎完全溶解，不溶物质量分数仅为0.02%，继续延长溶解时间至 10 h，蚕丝样品完全溶解。综上可知，3种蚕丝样品可溶解度由易到难次序依次为：Na2CO3脱胶蚕丝>尿素脱胶蚕丝>生丝。其中，Na2CO3脱胶蚕丝极易溶解，仅通过静置溶胀处理，即可完全溶解。

CaCl2三元溶剂对蚕丝的溶解主要通过钙离子与丝素大分子氨基酸侧基的配位吸附作用，破坏丝素分子间的氢键和范德华力，使丝素大分子分离，纤维无限膨润进而完成溶解。通过对蚕丝溶解液中纤维形貌的检测，可进一步观察蚕丝是否完全溶解。由图5可知，在Na2CO3脱胶蚕丝的溶解液中，通过离心方法已无法分离出不溶物，但依然可以检测到膨化后的蚕丝纤维形貌，其中：图5(a)试样可检测出间断的短纤维，但纤维形貌模糊，表明纤维已被膨化，蛋白大分子分离，溶解尚不完全；图5(b)试样为溶解温度进一步提高后的蚕丝溶解液，检测出的纤维形貌已经明显弱化，且纤维周围有明显的水化层，表明尚有蚕丝纤维处于无限膨润阶段，但仍没有完全溶解；图5(c)试样为溶解温度提升至70 ℃溶解 6 h后的溶解体系，此时已检测不到蚕丝纤维形貌，表明该溶解条件下Na2CO3脱胶蚕丝已被完全溶解；实验同时对尿素脱胶蚕丝在80 ℃下溶解10 h的溶液进行检测，没有发现未溶解的蚕丝纤维，如图5(d)所示。以上分析进一步佐证了CaCl2三元溶剂对蚕丝的溶解机制，并进一步证实了不同脱胶工艺对蚕丝丝素蛋白结构存在不同的影响。结合脱胶蚕丝X射线衍射和红外谱图分析可知，Na2CO3脱胶工艺对蚕丝纤维结晶度的影响大于尿素脱胶工艺，这将有助于三元溶剂体系中Ca2+对丝素蛋白的渗透，致使Na2CO3脱胶蚕丝较易溶解。

2.4 不同丝素蛋白的分子量分布

采用SDS-PAGE凝胶电泳方法检测了透析后不同脱胶蚕丝的丝素蛋白分子量分布，结果如图6所示。

注：a—尿素脱胶蚕丝蛋白泳道；b—Na2CO3脱胶蚕丝蛋白泳道；c—Marker蛋白泳道。图6 不同丝素蛋白SDS-PAGE图Fig.6 SDS-PAGE analysis of different silk fibroins

由图6可知：尿素脱胶蚕丝丝素蛋白在14.4 ku上下各出现1条明显的窄吸收带，在25.0 ku附近出现1条较宽的吸收带，同时在35～100 ku区间呈现了极为明显的宽吸收带；相比之下，Na2CO3脱胶蚕丝丝素蛋白在稍低于14.4 ku处出现了1条极为明显的吸收带，同时在14.4～16.0 ku区间出现 1条较为明显的宽吸收带，此外，没有出现其他更为明显的吸收带。上述结果表明：Na2CO3脱胶工艺对丝素蛋白大分子的破坏较为严重，尤其是对重链丝素蛋白单元的破坏，溶解获得的丝素蛋白分子集中在低分子量区间；而尿素脱胶工艺对丝素蛋白大分子的破坏较小，溶解获得的丝素蛋白分子集中在大分子量区间；因此，脱胶工艺的选择对获取特定分子量分布的丝素蛋白至关重要。

2.5 不同丝素蛋白液的流变性能

丝素蛋白液的流变性能对再生蛋白材料(蛋白膜、蛋白纤维)的成型工艺以及性能有重要影响，本文分别对Na2CO3脱胶和尿素脱胶蚕丝溶解体系的流变性能进行了测试，结果如图7所示。

图7 不同丝素蛋白液的流变曲线Fig.7 Rheological curve of different fibroin liquid

由图7可知：2种工艺脱胶蚕丝的丝素蛋白液在低剪切速率条件下，其表观黏度都随着剪切速率的增加而增加；当剪切速率达到一定值时，蛋白液的表观黏度又随着剪切速率的增大而降低，即呈现剪切变稀现象，流变曲线出现拐点；随后2种工艺脱胶蚕丝蛋白液的表观黏度保持稳定，与剪切速率无关，又呈牛顿流体行为。值得注意的是，2种工艺脱胶蚕丝蛋白液流变曲线拐点的剪切速率相同，表明 2种流体具有相同的胶体结构与性质；但是尿素脱胶蚕丝蛋白液的表观黏度始终高于Na2CO3脱胶蚕丝蛋白液的表观黏度，这是因为尿素脱胶后蚕丝蛋白的分子量较大，大分子量的丝素分子间的氢键与范德华力作用强，使流体分子间的内摩擦力增加，这与2种蛋白液的分子量分布结论相吻合。

2.6 不同丝素蛋白的成膜与成球性能

分别将透析后的Na2CO3和尿素脱胶蚕丝蛋白液进行成膜实验，测试了蛋白膜的力学性能和XRD谱图，结果如表3和图8所示，同时对比测试了蛋白膜在紫外波段的透过率，结果如图9所示。

表3 不同丝素蛋白膜的力学性能Tab.3 Mechanical property of different fibrion membranes

图8 不同丝素蛋白膜XRD谱图Fig.8 XRD spectra of different silk fibroin membrane

图9 不同丝素蛋白膜的紫外波段透过率曲线Fig.9 Transmittance curves of different silk fibroin membranes in ultraviolet band

由表3可知，2种工艺脱胶蚕丝的丝素蛋白膜力学性能有较大差异，其中尿素脱胶蚕丝制备的丝素蛋白膜断裂强力与断裂伸长率均大于Na2CO3脱胶蚕丝，且具有一定柔韧性，而Na2CO3脱胶蚕丝丝素蛋白膜较脆。由图8可知，丝素蛋白膜分别在12.1°、20.4°、23.1°、28.3°处出现衍射峰，其中12.1°、28.3°处为SilkⅠ型构象特征衍射峰，20.4°、23.1°处属于SilkⅡ型特征衍射峰，由此可判定自然成膜方法制备丝素蛋白膜构象由SilkⅠ和SilkⅡ型构成；蚕丝脱胶工艺对丝素蛋白膜的结晶度有较大影响，尿素脱胶蚕丝丝素蛋白膜结晶度高于Na2CO3脱胶蚕丝，推测可能是因为大分子丝素蛋白易发生聚集，倾向于形成致密结构[23]，导致丝素蛋白膜结晶度较高，同时具有较高的柔韧性能和力学性能。

由图9可知，2种工艺脱胶蚕丝的丝素蛋白膜在紫外可见光波段的透光率有较大差异，其中尿素脱胶蚕丝制备的丝素蛋白膜透过率稍高于Na2CO3脱胶蚕丝，原因在于Na2CO3脱胶后蚕丝白度降低，部分黄变，黄变丝素蛋白对紫外光波段具有特征吸收，使蛋白膜的透过率降低，该现象为研究开发丝素膜透光率与成膜工艺的相关性提供了实验基础。

采用乳化交联法将透析后的Na2CO3和尿素脱胶蚕丝蛋白液制备空白微球，考察微球粒径分布、形貌特征，结果如图10、11所示。

图10 不同丝素蛋白空白微球的粒径分布Fig.10 Particle size distribution of different silk fibroin blank microspheres

图11 不同丝素蛋白空白微球SEM照片(×1 000)Fig.11 SEM images of different silk fibroin blank microspheres. (a) Urea degumming; (b) Na2CO3degumming

由图10、11可知：由2种脱胶蚕丝溶解制备的丝素蛋白空白微球形貌完整，但微球粒径具有显著差异；尿素脱胶蚕丝制备微球粒径分布于3个区域，具体分布区间为0.1～10、20～200、200～800 μm，3个区间微球粒径占比分别为14.19%、36.11%和44.52%，而Na2CO3脱胶蚕丝制备微球粒径均小于200 μm，其粒径区间分布集中于0.4～18和19～200 μm，占比分别为48.12%和51.22%。造成2种丝素蛋白空白微球粒径显著差异的原因与丝素蛋白的分子量及其分布特征相关，尿素脱胶工艺对丝素蛋白的水解作用较小，溶解制备的丝素蛋白分子量较大，易于形成大粒径的蛋白微球；而Na2CO3脱胶工艺对丝素蛋白的重链分子单元破坏严重，溶解制备的丝素蛋白分子量小，乳化交联形成微球的粒径较小。

4 结 论

1)采用Na2CO3脱胶工艺，蚕丝的脱胶率较高，脱胶蚕丝白度值、反射率均低于尿素脱胶蚕丝；Na2CO3脱胶对蚕丝纤维结晶度的影响大于尿素脱胶，同时对丝素蛋白重链分子单元破坏严重；Na2CO3脱胶蚕丝易于溶解，但溶解制备丝素蛋白分子量偏低，丝素蛋白液黏度较小。

2)相对于尿素脱胶蚕丝，Na2CO3脱胶蚕丝制备的丝素蛋白膜力学性能稍差，且在紫外光线波段的透光率稍偏低；同时，由Na2CO3脱胶蚕丝制备的丝素蛋白空白微球粒径较小，分布更为集中。

FZXB

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