自古以来，丝绸作为一种质地柔软、色泽光丽的天然纺织品，广受人们的喜爱。中国是蚕丝的发源地，从古老的“丝绸之路”到今天的“一带一路”，养蚕缫丝是我国对世界物质和文化文明的重要贡献。蚕丝因其具有优异力学性能、生物相容性和生物降解性，近年来逐渐应用于组织工程、生物医用材料等领域。为了进一步改善蚕丝的性能和提高其应用价值，需要对天然蚕丝进行改性，增强其力学性能、抗菌性能、抗黄变性等。目前，蚕丝改性方法主要有物理改性法、化学改性法、基因改性法及添食育蚕法等。作为一种新兴方法，添食育蚕法具有操作简单、无后续处理、可大规模生产、绿色环保的优点。近年来，该方法在喂食有机染料获得彩色蚕丝，以及喂食纳米材料获得性能增强蚕丝方面取得了一定的进展。纳米材料可赋予蚕丝新的功能，但纳米材料尺寸、物理及化学因素对改性蚕丝的影响，及其在体内的生物分布、代谢过程等尚不清楚。通过研究纳米材料的性质对家蚕及蚕丝的影响，有利于深入了解纳米材料在生物体内的作用机制进而提高其利用率及应用价值。

图1. 通过喂食法获得抗菌蚕丝的示意图

  天津大学张雷教授课题组利用一系列不同粒径的纳米银颗粒(20-100nm)喂食家蚕，研究家蚕不同器官对纳米银颗粒的摄取、积累情况，以及蚕丝中纳米银颗粒的含量。结果显示，不同粒径的纳米银颗粒在蚕丝中的含量不同，50nm的纳米银在蚕丝中含量最高，为147mg/kg，显著高于其他粒径的纳米银颗粒。进一步检测家蚕体内各种器官中的纳米银含量，发现家蚕肠、血淋巴和丝腺中50nm的纳米银含量最高，相应地，家蚕粪便中50nm纳米银的含量低于其他组，说明50nm纳米银通过肠吸收和淋巴循环进入家蚕体内的量较多，积累在丝腺中的量也较多，从而获得具有较高纳米银负载量的改性蚕丝。值得注意的是，通过喂食50nm 纳米银得到的蚕丝纤维对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）均表现出较好的抗菌性能。同时，实验结果表明，蚕丝的直径、形态和结构在改性后未发生明显改变，但其热稳定性有所增强。

图2. 不同粒径纳米银修饰的蚕丝中银的含量和分布情况

  该研究证明了纳米银颗粒在体内的有效摄取、生物分布、以及蚕丝负载量与其粒径大小密切相关，为纳米材料改性蚕丝获得具有不同功能的新型丝蛋白材料提供了新的思路。

图3. 不同粒径纳米银在（a）蚕丝纤维和家蚕(b)前部丝腺，(c)中部丝腺，(d)后部丝腺，(e)血淋巴，(f)蚕皮，(g)蚕沙和(h)蚕肠中的平均含量。

  论文的第一作者为天津大学化工学院硕士生可佳和博士生朱迎男，通讯作者为天津大学化工学院张雷教授。本研究的相关结果已发表于ACS Sustainable Chemistry& Engineering，并被选为ACS Editors'' Choice。本项目得到了国家自然科学基金(21621004和21961132005)的支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b05799