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紫外荧光蚕丝的添食育蚕法制备及结构性能研究

更新时间:2009-03-28

荧光蚕丝由于其不仅具备蚕丝良好的生物相容性、生物可降解性以及优异的机械性能,同时还具有特殊的标记追踪功能,已被证实在生物医用领域有着较好的应用前景[1]。通常制备荧光蚕丝的方法有:基因改性法[1-2]、蚕丝后处理方法[3-4]和喂食染料法[5-6]。基因改性法和蚕丝后处理的方法存在价格昂贵、荧光稳定性差、易污染环境、工业化难度大等缺点。喂食法有望将荧光物质稳定地引入丝素蛋白,且操作简单环保。稀土紫外长波长荧光粉作为发光二极管、等离子显示屏等的荧光材料,具有优越的颜色均匀性和较高的显色指数。另外,还具有成本低、色彩饱和度高等特点[7]。本文采用添食育蚕法,通过给蚕喂食含BAM的人工饲料制备荧光蚕丝。

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1.1 原料

家蚕人工饲料:山东省蚕业研究所烟台绿宝蚕用饲料厂;蚕卵:广西蚕业研究所;碳酸钠,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;稀土紫外长波长荧光粉,BaMgAl10O17,Eu2+、Mn2+,粒径分布在0.1~10 μm,深圳市宁静致远防伪颜料技术有限公司。

1.2 家蚕人工饲料的制备

普通饲料制备过程:在人工饲料粉末中加入适量的去离子水搅拌至粘稠状,随后放置于微波炉中高火加热5 min。将熟制的饲料包裹于保鲜膜中,压成厚度为3 mm左右的片状。

BAM改性饲料制备过程:荧光粉与饲料的质量比分别为0.03%,0.06%,0.09%,0.12%和0.15%,按此质量比称取荧光粉,加适量去离子水超声30 min使之分散均匀,随后参考普通饲料制备过程制得BAM改性饲料。

“统一战线具有内蕴的共同体理论基因、丰富的共同体表现形式、独特的共同体力量功能,这是统一战线成为我们党的重要法宝的理论原理所在。”[9]由于统一战线是政治联盟,统一战线所构建的共同体主要是政治共同体。统一战线与共同体的逻辑关联表现在以下三个方面:

1.3 家蚕的饲养

所有蚕在一至四龄期间均喂食普通饲料,具体饲养过程参考蔡凌月等[8]的工作。五龄时,将蚕分为六组,每组20只,空白组喂食普通饲料,实验组分别喂食1.2节中的BAM改性饲料。

) of our films, which is found on the order of 3.9 × 1023 cm−3. We have also calculated the volume density (ρ) of ZnS from the following relationship[23]:

1.4 脱胶丝的制备

将蚕茧剥成片状,置于质量分数0.5%的碳酸钠水溶液煮30 min,随后用去离子水冲洗蚕丝数次直至不滑。重复上述步骤后,吹干备用。空白组脱胶丝记为Control,实验组分别记为BAM-0.03%,BAM-0.06%,BAM-0.09%,BAM-0.12%,BAM-0.15%。

1.5 脱胶丝的测试表征

荧光显微镜(FM)表征:采用日本奥林巴斯株式会社的BX-51型荧光显微镜对脱胶丝进行荧光表征,光源为高压汞灯,激发波长为330~385 nm。

扫描电镜(SEM)表征:脱胶丝进行喷金处理后,采用日本日立公司的S-3000N型扫描电子显微镜,在10 kV电压下观察其表面形貌。

红外光谱(FTIR)测试:采用美国赛默飞世尔的Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪对脱胶丝进行测试,采用ATR附件。利用Peak Fit (V4.12)对其红外光谱的酰胺Ⅰ区进行分峰拟合,定量计算丝素蛋白二级结构含量。

情境化教学的一个突出特点是学生参与学习的程度比较高,“以学定教”的课堂必然是以学生的学习来组织教学。这要求教师在教学内容及教学行为上作出相应的变革。

与第一学期相比,实验班第二学期学生数学成绩的离散程度有所缩小。实验班成绩方差虽然高于对照班,成绩相对分散,但是没有明显扩大的趋势。以上数据说明,实验班多数学生基本适应了辩证动态双主教学,成绩分散程度逐步变小,并成常态化。

力学性能测试:采用日本奥林巴斯株式会社的BX-51型光学显微镜拍摄脱胶丝照片,沿纤维轴方向随机取10个点计算脱胶丝的平均直径,每个样品测试15±5根脱胶丝。采用美国英斯特朗公司生产的Instron 5565材料试验机对脱胶丝的力学性能进行测试。测试条件:拉伸速率为2 mm/min,夹距为10 mm。

2 结果与讨论

2.1 BAM的添加对蚕的生长及蚕茧的影响

  

图1 对照组及喂食不同浓度BAM改性饲料所得的五龄熟蚕、蚕茧的照片及蚕茧的重量

d) BAM的摄入限制了丝素蛋白结构由无规卷曲/α-螺旋构象向β-折叠构象转变;脱胶丝的结晶度降低,且基本随添食浓度增大而减小;中间相含量变高,但中间相取向度变低;蚕丝的断裂强度和断裂伸长率降低。

2.2 喂食BAM添加饲料所得脱胶丝的荧光表征

图2为对照组和喂食BAM改性饲料脱胶丝的FM照片。

  

图2 BAM喂食浓度对脱胶丝荧光效果的影响(FM照片,激发波长为330~385 nm)(a) 对照组,(b) BAM-0.03%,(c) BAM-0.06%,(d) BAM-0.09%,(e) BAM-0.12%,(f)BAM-0.15%

由图可知,对照组脱胶丝在330~385 nm紫外波长的激发下无荧光,而实验组中添食浓度为0.03%,0.09%,0.12%和0.15%的样品均有蓝色荧光现象,说明BAM进入了丝素蛋白。BAM添食浓度为0.06%的样品没有看到荧光现象,可能是因为进入丝素蛋白的BAM分布不均所致。

2.3 BAM的添加对蚕丝表面结构的影响

潜山旅游资源丰富,风景优美,可是由于经济实力和地理位置的局限,以及宣传推介力度不够,依然没有打开知名度,其辐射区域主要在周边城市,造成旅游人数虽然在增长依然没有达到知名景区的高度。而且,周边城市同质性旅游产业众多,如黄山九华山,竞争十分激烈,安徽三山(黄山、九华山、天柱山)只见两山(黄山、九华山)的状况急需改变。

  

图3 BAM喂食浓度对脱胶丝形貌(SEM照片)的影响(a) 对照组,(b) BAM-0.03%,(c) BAM-0.06%,(d) BAM-0.09%,(e) BAM-0.12%,(f) BAM-0.15%

2.4 BAM的添加对蚕丝二级结构的影响

红外光谱常被用于分析蚕丝的二级结构。波数在1 620~1 640 cm-1和1 690~1 700 cm-1的峰分别为丝素蛋白β-折叠和β-转角构象的特征峰,波数在1 655~1 660 cm-1的峰属于丝素蛋白无规卷曲/α-螺旋构象的特征峰[9-11]。图4为脱胶丝的红外光谱图在酰胺Ⅰ区的分峰拟合结果。从图中可以看出,BAM改性脱胶丝的无规卷曲/α-螺旋构象含量相较于对照组要高,大致随着BAM与人工饲料的质量比增大而增加,BAM-0.15%的无规卷曲/α-螺旋构象含量略低于BAM-0.12%。然而,β-折叠构象含量的变化规律却相反。β-转角构象含量无明显变化。表明BAM的添加会阻碍丝素蛋白链段由无规卷曲/α-螺旋构象转变为β-折叠构象。这可能是因为BAM进入丝素蛋白后,两者有一定的相互作用,限制了丝素蛋白的运动和重组。

  

图4 BAM喂食浓度对脱胶丝二级结构的影响

2.5 BAM的添加对蚕丝结晶结构的影响

[2] Tansil N C, Koh L D, Han M Y. Functional silk: colored and luminescent [J]. Advanced Materials, 2012, 24(11): 1388-1397.

以南通市滨海园区通州湾幼儿园为例,进行该课程的教学设计,该民用建筑的主体结构类型为三层框架结构,教学时为学生提供该项目的电子版图纸、各个分部分项工程施工照片,具体实施步骤如下所示:

 

表1 脱胶丝的赫尔曼取向因子晶区结构参数及中间相结构参数

  

样品结晶区取向度中间相取向度结晶度,%中间相含量,%结晶尺寸/nm(200)/(210)(020)(002)Control0.97520.843249.510.94.53.89.2BAM-0.03%0.97460.838849.212.14.95.29.8BAM-0.06%0.96950.832148.812.55.84.010.8BAM-0.09%0.96920.821646.713.26.45.98.9BAM-0.12%0.96940.821445.413.67.16.39.2BAM-0.15%0.96950.820945.914.16.97.69.5

2.6 BAM的添加对蚕丝力学性能的影响

图5为脱胶丝的应力-应变曲线。由图可知,BAM的添加使蚕丝的断裂强度和断裂伸长率均有所降低,且降低程度随BAM/人工饲料的质量比增加而增加。由图3可知,脱胶丝表面有BAM颗粒聚集,这些聚集颗粒可能在蚕丝中形成结构缺陷,进而影响改性蚕丝的机械性能。另外,改性脱胶丝中较低的β-折叠构象含量、结晶度、中间相取向度也使其力学性能下降。再次,改性脱胶丝中较大的晶粒尺寸可能导致晶区中的缺陷增加,从而影响其力学性能。

  

图5 对照组及BAM改性脱胶丝的应力-应变曲线

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e) 添食育蚕法制备荧光蚕丝方法简单、效果显著,对于大规模制备荧光蚕丝具有较大的参考意义。

图3为对照组及喂食不同浓度BAM改性饲料脱胶丝的SEM照片,从图中可以看出对照组脱胶丝的表面比较光滑,而实验组的脱胶丝表面都相对粗糙,说明BAM的加入对脱胶丝的表面形貌有一定程度的影响。另外,除了BAM-0.03%脱胶丝外,其余实验组的脱胶丝的表面均有不同大小的黑点(图中白色圆圈中)。本研究所用BAM荧光粉颗粒的粒径分布在0.1~10 μm之间,颗粒小的BAM很有可能会进入丝腺且在丝腺中发生团聚,在脱胶丝表面的小黑点很有可能就是荧光粉粒子。

b) BAM的摄入对蚕丝的表面形貌有一定的影响,改性蚕丝表面比对照组脱胶丝粗糙,且添食浓度为0.06%,0.09%,0.12%和0.15%时,均能在蚕丝表面看到聚集的BAM。

c) BAM进入了改性丝素蛋白纤维,添食浓度为0.03%,0.09%,0.12%和0.15%的脱胶丝在330~385 nm波长激发下均可观察到蓝色荧光现象。

对上面问题的分析,在计算缓冲溶液的pH时,第一,先需确定缓冲溶液的组分,什么是酸什么是其共轭碱;第二,分析共轭酸碱对的物质的量浓度,酸的浓度是多少,碱的浓度是多少;第三,运用缓冲溶液的缓冲公式建立相应关系式,最终计算出未知量。

图1为对照组及喂食不同浓度BAM的五龄熟蚕和蚕茧照片以及单个蚕茧的重量(单个蚕茧的质量是称量10个蚕茧的平均值并结合其方差所得)。由图可知,吐丝前的五龄熟蚕颜色一致,大小整齐;喂食普通饲料和喂食BAM改性饲料得到的蚕茧从肉眼观察也无明显的物理差异。这说明BAM的添食对蚕的生长以及蚕茧的外观几乎没有影响。另外,实验组蚕茧重量明显重于对照组,但是随着添食浓度的增大,蚕茧重量的变化没有明显的规律。当添食浓度从0.03%升到0.06%时,蚕茧重量明显增加,当浓度从0.06%升到0.09%时,蚕茧重量下降,可能由于浓度加大时,BAM颗粒更容易发生团聚,反而不易进入丝腺。当浓度继续加大,蚕茧重量有小幅增大。在饲养过程中,所有的蚕均健康,未出现病弱死亡的个体,我们推断BAM对蚕的生长是没有毒性的,且有助于蚕吐丝。

a) BAM的摄入对蚕的生长无不良影响,也不影响蚕茧的外观及重量。

参考文献

[1] Kim D W, Lee O J, Kim S W, et al. Novel fabrication of fluorescent silk utilized in biotechnological and medical applications [J]. Biomaterials, 2015, 70: 48-56.

广角X射线衍射(WAXD)测试:在上海同步辐射光源(SSRF)X射线衍射微聚焦线站(BL15U1)进行。实验参数:探测器型号为Rayonix SX-165;X射线波长为0.077 46 nm;能量为16 keV;光斑大小为3 μm×2 μm;曝光时间为30 s;样品到探测器的距离为160 mm。先后采用FIT2D(V12.077)、PeakFit 4.12软件对X射线衍射图谱进行分析,定量计算脱胶丝的结晶度。

WAXD经常被用于研究聚合物纤维的结晶结构及结晶取向。表1为经分峰拟合计算得到的赫尔曼取向因子、晶区结构参数及中间相结构参数。从表可知,对照组脱胶丝的结晶度为49.5%,比所有的BAM改性脱胶丝都高,且随着荧光粉和人工饲料的质量比升高,改性脱胶丝的结晶度基本呈现下降的趋势,当添食浓度为0.15%时,结晶度略有升高,这与红外光谱图在酰胺Ⅰ区的分峰结果一致。由于BAM进入丝素并且产生聚集,破坏了丝素蛋白重链的排列,从而丝素中的无定形区含量变高。β-折叠构象沿着a, bc方向的结晶尺寸分别对应于(200)/(210),(020) 和 (002)晶面。由于蚕丝是正交结晶,结晶体积可计算为La×Lb×Lc。可以发现随着荧光粉与人工饲料的质量比增大,改性脱胶丝的晶粒体积是增大的。中间相是处于无定形区和结晶区中间的过渡区,对蚕丝的机械性能分析非常重要。改性蚕丝的中间相含量高于对照组,且随添食浓度增大而增加。相反,中间相取向度随着添食浓度的增大而减小。改性脱胶丝的结晶区的取向度比对照组低,但是随添食浓度增大无明显的变化规律。

第三,平台向上滑动。依据模板以及混凝土压强的实际大小,开展相应的工作,若在作业期间,模板混凝土的实际达到了1/3MPa,对于钢筋的绑扎要依据实际情况进行,并且要通过不间断循环作业,完成凝土滑动模型施工[4]。此外,具体施工期间,可以依据经验判断平台的上升时机,用手触摸有硬感时,可以向上移动,每次移动滑程应当控制在5cm左右,实际操作可以依据具体情况而定。

[3] Zhou Y Y, Zhang J, Tang R C, et al. Simultaneous dyeing and functionalization of silk with three natural yellow dyes [J]. Industrial Crops and Products, 2015, 64: 224-232.

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[8] 蔡凌月. 基于纳米粒子添食育蚕法改性家蚕茧丝[D]. 东华大学, 2016.

国内情况:上周,国内各地区尿素价格周环比涨跌互现。其中上海、福建、湖北、广东、云南、陕西、新疆7省区市尿素批发和零售价格分别上涨1-94元/吨;北京、河北、山西、安徽、江西、山东、河南、海南8省区市尿素批发和零售价格分别下跌9-100元/吨,其余地区价格持稳。

[9] Chen X, Shao Z Z, Marinkovic N S, et al. Conformation transition kinetics of regenerated bombyx mori silk fibroin membrane monitored by time-resolved ftir spectroscopy[J]. Biophysical Chemistry, 2001, 89(1): 25-34.

[10] Chen X, Shao Z Z, Knight D P, et al. Conformation transition kinetics of bombyx mori silk protein [J]. Proteins, 2007, 68(1): 223-231.

在农村地籍调查实际工作中,存在土地坐落、房屋坐落和通讯地址3个需要填写地址的字段,作业人员有时会误把身份证件上的地址填写为土地坐落和房屋坐落的位置。如身份证件上的地址为天河区,宗地和房屋却在从化区的情况。通过土地和房屋坐落检测功能,实现快速、准确的检查出类似错误,并导出为Excel表。

[11] Ling S J, Qi Z M, Knight D P, et al. Synchrotron ftir microspectroscopy of single natural silk fibers [J]. Biomacromolecules, 2011, 12(9): 3344-3349.

 
郑小婷,赵梦露,张慧慧,邵惠丽,胡学超,张耀鹏
《合成技术及应用》 2018年第01期
《合成技术及应用》2018年第01期文献

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