CN106069992B - 制备荧光蚕丝纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法及制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法及其制品，具体是将纳米碳点或石墨烯量子点添加在家蚕人工饲料中，利用蚕自身的吸收转化功能使纳米碳点或石墨烯量子点进入蚕的丝腺，并由蚕自身结茧得到含有纳米碳点或石墨烯量子点的荧光蚕丝的方法。本发明的方法在不损害蚕丝天然品质的前提下，对蚕丝进行改性，得到具有荧光特性的蚕丝。

Description

制备荧光蚕丝纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法及制品

技术领域

本发明属蚕丝纤维及其改性领域，涉及一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法及其制品。

背景技术

蚕丝由于具有良好的机械性能、优异的生物相容性及良好的生物降解性而被广泛应用。因此，人们在研究天然蚕丝结构和性能的基础上，尝试人工制备结构和性能与天然蚕丝相似的人造蚕丝。近年来，天然蚕丝改性材料的研究逐渐引起人们的重视，越来越多的研究者在保持天然蚕丝原有特性的同时，将更多新功能引入蚕丝，如制备荧光蚕丝。将蚕丝良好的机械性能及在体内较好的生物降解性与荧光检测法灵敏度高、选择性好、操作性强等优点结合制备出荧光蚕丝可应用于生物医药领域，例如用于带有控释特性的癌症治疗，制备带有监测/检测功能的伤口敷料和组织工程支架等。

目前制备荧光蚕丝的方法主要有两种，其中一种方法是改性家蚕基因。许多研究小组将荧光蛋白基因导入到家蚕体内，尝试利用蚕作为生物反应器生产重组蛋白，从而得到荧光蚕丝。例如Masafumi等人将嵌有绿色荧光蛋白的病毒注入到雌性蚕蛾体内，然后将其与正常的雄性蚕蛾进行交配，最终得到在一定激发波长下显绿色荧光的蚕丝。Tetsuya等人利用基因工程技术对丝素蛋白重链进行改性得到发绿色、红色、橙色荧光的蚕丝。虽然改性家蚕基因是制备荧光蚕丝较为有效的一种方法，但是由于此方法过程复杂、成本高，无法进行产业化生产。

制备荧光蚕丝的另一种方法是蚕丝后处理。通过此方法得到荧光蚕丝一般是用有机染料对蚕丝进行染色或将无机纳米粒子引入蚕丝中，但是有机染料会对环境造成严重污染，即使目前已有方法解决这一问题，如生物处理，化学混凝和活性炭吸附等，但是这些方法都十分昂贵，所以人们将目光投到无机纳米粒子。将无机纳米粒子固定于蚕丝纤维表面而获得功能蚕丝的方法在实际应用中具有巨大的潜能，因此获得越来越多地关注。通过层层沉积、浸入溶胶等方法将银和氯化银纳米粒子添加到蚕丝纤维的外层，可以使蚕丝获得抗菌功能。Chu等人将碲化镉量子点通过静电接枝的方法引入到蚕丝表面，从而得到具有荧光特性的蚕丝纤维。此种蚕丝纤维的荧光具有可调节性，强度高，但是经酸碱处理后，蚕丝纤维的荧光强度会显著降低，光稳定性较差。

纳米碳点或石墨烯量子点作为一种新型发光材料，一经发现，就引起了人们极大的研究兴趣。纳米碳点或石墨烯量子点最吸引人的优点在于其具有良好的荧光性和耐光漂白性，此外还具有尺寸小、水溶性好、细胞毒性低以及良好的生物相容性等特点。碳点或石墨烯量子点的这些特性使其逐步取代传统重金属量子点在生物领域如细胞标记、生物成像与检测、药物释放等方面的应用。因此，通过喂食法将纳米碳点或石墨烯量子点引入蚕丝有望解决目前制备荧光蚕丝存在的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法及其制品，在本发明中，要将碳点或石墨烯量子点与家蚕饲料均匀混合，在家蚕五龄期进行喂食，通过家蚕的消化吸收，使纳米碳点或石墨烯量子点进入蚕丝，以获得在一定激发波长范围内发荧光的蚕丝纤维。纳米碳点或石墨烯量子点具有较强的耐光漂白性而且尺寸小，通过喂食法进入蚕丝能在蚕丝中均匀分布，可解决以往荧光蚕丝光稳定性差的问题。另外，通过喂食法将纳米碳点或石墨烯量子点引入蚕丝，过程简单可控，成本低，有望实现工业化生产。

本发明的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征是：在家蚕人工饲料即家蚕饲料中添加纳米碳点或石墨烯量子点并喂养家蚕，由家蚕吸收纳米碳点或石墨烯量子点进入丝腺并最终在纺丝过程中将纳米碳点或石墨烯量子点结合进入蚕丝，即获得荧光蚕丝；

具体为：家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了纳米碳点或石墨烯量子点的改性饲料，直至家蚕停止进食。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述普通饲料是指将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀并加热熟制的饲料，其中水的质量是家蚕饲料的2倍；所述加热熟制是指放入微波炉中加热3-5min使饲料熟制，微波炉的输出功率是800～1000W。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，纳米碳点的直径是2nm；石墨烯量子点的层数为1-5层，厚度为1-2nm，横向尺寸为 5-15nm。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述纳米碳点和石墨烯量子点的激发波长分别为335～400nm和360～410nm。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述改性饲料中纳米碳点或石墨烯量子点的质量分数为0.5‰、1‰和2‰。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述改性饲料是指将粉末状家蚕饲料加入纳米碳点或石墨烯量子点水溶液搅拌均匀并加热熟制的饲料，其中纳米碳点或石墨烯量子点水溶液的质量是家蚕饲料的2 倍；所述改性饲料的具体制备过程包括以下步骤：

(1)称取一定质量的纳米碳点或石墨烯量子点粉末加水溶解，制成纳米碳点或石墨烯量子点水溶液；

(2)将纳米碳点或石墨烯量子点水溶液与粉末状家蚕饲料搅拌均匀，加热熟制后放入保鲜膜中压成片状。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述纳米碳点或石墨烯量子点水溶液在与粉末状家蚕饲料搅拌前，先超声15～30min，使纳米粒子分散均匀。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，所述加热熟制是指放入微波炉中加热3-5min使饲料熟制，微波炉的输出功率是 800～1000W。

如上所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，同一批蚕从五龄第二天到上蔟结茧期间，所述改性饲料中，纳米碳点或石墨烯量子点的添食浓度保持不变。

本发明还提供了一种荧光蚕丝，将前述添食育蚕法所得蚕茧，经缫丝等工序获得蚕丝，用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光。

用荧光光谱仪进行测试，经喂食纳米碳点改性饲料的蚕丝在激发波范围为 335～400nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在500nm处有明显的发射峰，表明蚕丝中已含纳米碳点。经喂食石墨烯量子点改性饲料的蚕丝在激发波范围为 360～410nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在450nm处有明显的发射峰，表明蚕丝中已含石墨烯量子点。

家蚕食性单一，主食桑叶，但是桑树的生长期限制了养蚕业的发展。家蚕人工饲料的试验成功摆脱了桑树生长期对养蚕生产的限制，实现全年养蚕，提高了产业的经济效益。家蚕人工饲料是含桑叶粉的混合饲料，其基础配方包括基本干物、防腐剂和添加剂等部分。家蚕的味觉和嗅觉比较灵敏，若饲料添加物的味道为家蚕所厌恶，则会抑制家蚕摄入食物的量，进而影响家蚕的生长发育以及蚕茧的质量。家蚕对饲料非常敏感，由于家蚕饲料的主要成分为动植物原料，饲料中新的无机添加物可能会造成蚕体发育迟缓、食欲减退甚至死亡，从而影响最终结茧质量。

碳点和石墨烯量子点在细胞标记、生物成像及药物载体等方面有潜在的应用前景，但生物应用技术还未成熟。以碳点在生物成像方面的应用为例，虽然实现了碳点的离体成像及活体成像，但是其在生物体内的毒性缺乏相关的研究。本发明成功地将碳点和石墨烯量子点作为一种无机纳米材料在饲料中添加：家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了纳米碳点或石墨烯量子点的改性饲料；既保持碳点和石墨烯量子点原有荧光特性，又使家蚕顺利生长结茧。有益效果：

本发明在蚕丝中均匀引入具有荧光特性的碳点或石墨烯量子点。和现有荧光蚕丝的制备方法相比，过程简单、成本低、操作简便。

本发明制备的荧光蚕丝光稳定性强且毒性低，不会对蚕的生长和吐丝造成影响。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明中使用的家蚕饲料，呈干燥粉末状，其主要成分及配制比例范围列于表1。

表1实验用家蚕饲料的组成

饲料组成	配制比例(质量百分数％)
		干燥桑叶	38～39
脱脂大豆	36～37
		玉米淀粉	8.5～9.5
绿枝、叶	4.5～5.5
		琼脂粉	4.5～5.5
复合VB	1～2
		VC	1～2
柠檬酸	2～3
		氯化胆碱	0～1
总计	100

实施例1

一种制备荧光蚕丝的纳米碳点添食育蚕法，首先将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀，家蚕饲料与水的质量比为1:2，然后加入输出功率为800W的微波炉中加热3min使饲料熟制，得到普通饲料；将直径为2nm、激发波长为335～400nm的纳米碳点粉末加水溶解，制成纳米碳点水溶液，超声分散15min后将纳米碳点水溶液与粉末状家蚕饲料按2:1的质量比混合搅拌均匀，将混合物放入输出功率为 800W的微波炉中加热3min使饲料熟制，然后放入保鲜膜中压成片状，得到改性饲料，改性饲料中纳米碳点的质量分数为0.5‰；家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了纳米碳点的改性饲料，直至家蚕停止进食，结茧后得到荧光蚕丝；将制备的荧光蚕丝编织或纺织制得荧光蚕丝制品，用荧光光谱仪进行测试，经喂食纳米碳点改性饲料的蚕丝在激发波范围为335～400nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在500nm处有明显的发射峰，说明纳米碳点有进入蚕丝。

用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光。

实验中家蚕饲料的组成如下：

实施例2

一种制备荧光蚕丝的纳米碳点添食育蚕法，首先将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀，家蚕饲料与水的质量比为1:2，然后加入输出功率为1000W的微波炉中加热5min使饲料熟制，得到普通饲料；将直径为2nm、激发波长为335～400nm的纳米碳点粉末加水溶解，制成纳米碳点水溶液，超声分散30min后将纳米碳点水溶液与粉末状家蚕饲料按2:1的质量比混合搅拌均匀，将混合物放入输出功率为 1000W的微波炉中加热5min使饲料熟制，然后放入保鲜膜中压成片状，得到改性饲料，改性饲料中纳米碳点的质量分数为1‰；家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了纳米碳点的改性饲料，直至家蚕停止进食，结茧后得到荧光蚕丝；将制备的荧光蚕丝编织或纺织制得荧光蚕丝制品，用荧光光谱仪进行测试，经喂食纳米碳点改性饲料的蚕丝在激发波范围为335～400nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在500nm处有明显的发射峰，说明纳米碳点有进入蚕丝。

用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光。

实验中家蚕饲料的组成如下：

实施例3

一种制备荧光蚕丝的石墨烯量子点添食育蚕法，首先将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀，家蚕饲料与水的质量比为1:2，然后加入输出功率为800W的微波炉中加热3min使饲料熟制，得到普通饲料；将层数为1-5层，厚度为1-2nm，横向尺寸为5-15nm、激发波长为360～410nm的石墨烯量子点粉末加水溶解，制成石墨烯量子点水溶液，超声分散15min后将石墨烯量子点水溶液与粉末状家蚕饲料按2:1的质量比混合搅拌均匀，将混合物放入输出功率为800W的微波炉中加热3min使饲料熟制，然后放入保鲜膜中压成片状，得到改性饲料，改性饲料中石墨烯量子点的质量分数为0.5‰；家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了石墨烯量子点的改性饲料，直至家蚕停止进食，结茧后得到荧光蚕丝；将制备的荧光蚕丝编织或纺织制得荧光蚕丝制品，用荧光光谱仪进行测试，经喂食石墨烯量子点改性饲料的蚕丝在激发波范围为360～410nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在450nm处有明显的发射峰，说明石墨烯量子点有进入蚕丝。

用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光。

实验中家蚕饲料的组成如下：

实施例4

一种制备荧光蚕丝的石墨烯量子点添食育蚕法，首先将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀，家蚕饲料与水的质量比为1:2，然后加入输出功率为1000W的微波炉中加热5min使饲料熟制，得到普通饲料；将层数为1-5层，厚度为1-2nm，横向尺寸为5-15nm、激发波长为360～410nm的石墨烯量子点粉末加水溶解，制成石墨烯量子点水溶液，超声分散30min后将石墨烯量子点水溶液与粉末状家蚕饲料按2:1的质量比混合搅拌均匀，将混合物放入输出功率为1000W的微波炉中加热5min使饲料熟制，然后放入保鲜膜中压成片状，得到改性饲料，改性饲料中石墨烯量子点的质量分数为2‰；家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了石墨烯量子点的改性饲料，直至家蚕停止进食，结茧后得到荧光蚕丝；将制备的荧光蚕丝编织或纺织制得荧光蚕丝制品，用荧光光谱仪进行测试，经喂食石墨烯量子点改性饲料的蚕丝在激发波范围为360～410nm内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在450nm处有明显的发射峰，说明石墨烯量子点有进入蚕丝。

用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光。

实验中家蚕饲料的组成如下：

饲料组成	配制比例(质量百分数％)
		干燥桑叶粉	38.5
脱脂大豆粉	37
		玉米淀粉	9.5
绿枝、叶柄粉	5.5
		琼脂粉	5
复合VB	1.5
		VC	1
柠檬酸	1.5
		氯化胆碱	0.5
总计	100

Claims (10)

1.一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征是：在家蚕人工饲料即家蚕饲料中添加纳米碳点或石墨烯量子点并喂养家蚕，由家蚕吸收纳米碳点或石墨烯量子点进入丝腺并最终在纺丝过程中将纳米碳点或石墨烯量子点结合进入蚕丝，即获得荧光蚕丝；

具体为：家蚕在一龄到四龄喂食普通饲料，五龄第二天开始喂食添加了纳米碳点或石墨烯量子点的改性饲料，直至家蚕停止进食。

2.根据权利要求1所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述普通饲料是指将粉末状家蚕饲料加水搅拌均匀并加热熟制的饲料，其中水的质量是家蚕饲料的2倍；所述加热熟制是指放入微波炉中加热3-5min使饲料熟制，微波炉的输出功率是800～1000W。

3.根据权利要求1所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，纳米碳点的直径是2nm；石墨烯量子点的层数为1-5层，厚度为1-2nm，横向尺寸为5-15nm。

4.根据权利要求1所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述纳米碳点和石墨烯量子点的激发波长分别为335～400nm和360～410nm。

5.根据权利要求1所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述改性饲料中纳米碳点或石墨烯量子点的质量分数为0.5‰、1‰或2‰。

6.根据权利要求1或5所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述改性饲料是指将粉末状家蚕饲料加入纳米碳点或石墨烯量子点水溶液搅拌均匀并加热熟制的饲料，其中纳米碳点或石墨烯量子点水溶液的质量是家蚕饲料的2倍；所述改性饲料的具体制备过程包括以下步骤：

(1)称取一定质量的纳米碳点或石墨烯量子点粉末加水溶解，制成纳米碳点或石墨烯量子点水溶液；

(2)将纳米碳点或石墨烯量子点水溶液与粉末状家蚕饲料搅拌均匀，加热熟制后放入保鲜膜中压成片状。

7.根据权利要求6所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述纳米碳点或石墨烯量子点水溶液在与粉末状家蚕饲料搅拌前，先超声15～30min，使纳米粒子分散均匀。

8.根据权利要求6所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，所述加热熟制是指放入微波炉中加热3-5min使饲料熟制，微波炉的输出功率是800～1000W。

9.根据权利要求1所述的一种制备荧光蚕丝的纳米碳点或石墨烯量子点添食育蚕法，其特征在于，同一批蚕从五龄第二天到上蔟结茧期间，所述改性饲料中，纳米碳点或石墨烯量子点的添食浓度保持不变。

10.一种如权利要求1～9所述的任一添食育蚕法制得的荧光蚕丝，其特征是：所述荧光蚕丝用荧光显微镜进行观察，选择激发波范围为330-385nm时能看到蚕丝发蓝色的光；

其中，用荧光光谱仪进行测试：

经喂食纳米碳点改性饲料的蚕丝在335～400nm激发波范围内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在500nm处有明显的发射峰；

经喂食石墨烯量子点改性饲料的蚕丝在360～410nm激发波范围内，和经喂食普通饲料的蚕丝相比，在450nm处有明显的发射峰。