[发明专利]一种绿色、可规模化的丝素纳米纤维制备方法

说明书

本发明提供一种绿色、可规模化的丝素纳米纤维制备方法，包括以下步骤：(1)将脱胶后的丝素纤维剪碎后放入强碱溶液中，机械搅拌状态下松解处理，得丝素纤维浆液；(2)将上述丝素纤维浆液先后经高速破碎、离心洗涤、超声破碎，后过滤得丝素纳米纤维分散液。本发明的制备方法，以强碱溶液处理脱胶后的丝素纤维，并辅以搅拌对丝素纤维进行松解处理，能够有效破坏丝素纤维之间的作用力，降低破碎难度。另外，采用高速破碎和超声破碎相结合的方式对丝素纤维进行破碎处理，提高了产品尺寸的均匀性、分散稳定性和产率，降低了单一机械破碎的难度，提高生产效率。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种绿色、可规模化的丝素纳米纤维制备方法。

背景技术

家蚕丝是由桑蚕(Bombyx mori L.)幼虫结茧所获得的连续纤维，单根蚕丝纤维由丝胶蛋白(sericin)包裹两根丝素蛋白(fibroin)核心组成，是人类最早利用的动物纤维之一。其中丝素作为一种天然的蛋白质纤维，具有来源广泛、力学性能优异、生物相容性好、可生物降解等优点，可通过物理/化学方式与多种功能性材料相复合，制备得到复合丝素薄膜、丝素蛋白凝胶、丝素蛋白支架等材料，在环境污染治理、生物医学材料、柔性电子器件、食品化妆品等领域具有广泛应用。

而丝素纳米纤维不仅保留了宏观丝素纤维的优良性能，如高机械强度、高柔韧性、良好的生物相容性等，且具有更多的化学结合位点、极好的纳米尺寸效应和高长径比等，在构筑基于丝素纤维的功能材料如纳米传感器、生物医学材料、柔性电子器件、高强度复合材料等领域具有重要的科研价值和实用意义，大大提升了蚕丝资源的利用效率和产品附加值。目前，由天然蚕丝自上而下剥离法制备丝素纳米纤维是一种常用的方法。

通过对现有丝素纳米纤维制备技术文献和专利的检索发现,发表在Journal ofMaterials Chemistry B(2014,2(24):3879-3885)的文献报道采用甲酸/氯化钙体系部分溶解丝素纤维可获得直径为20-200nm的丝素纳米原纤。发表在Advanced Materials(2016,28(35):7783-7790)的文献报道采用六氟异丙醇处理，结合超声的方法层层剥离蚕丝，可获得直径为20nm左右的纳米原纤。中国专利文献号CN 108022761 A，公开日期2018年5月11日，公开了一种蚕丝纳米纤维的制备方法，该方法将蚕丝在高温下，置于深度共熔溶剂中浸泡(60-120℃，4-100h)，并结合超声、离心等步骤，获得了直径为15-150nm，长度为10²-10⁵nm的蚕丝微纳米纤维。上述方法均需要毒性有机溶剂的处理，而且产率极低，成本较高，难以规模化生产，且所得的丝素纳米纤维直径不可控，应用受限。

中国专利号CN 104532365 B，公开日期2016年4月27日，公开了一种蚕丝纳米纤维的制备方法，该方法首先将脱胶后丝素纤维浸泡在无机盐或弱酸或弱碱溶液中，以减弱蚕丝纳米原纤间的结合力，之后利用细胞破碎仪或其他高速搅拌装置处理丝素纤维以获得直径为50-100nm，长度为10²-10⁵nm的丝素纤维。

中国专利文献号CN 109652866 A，公开日期2019年4月19日，公开了一种天然蚕丝微纳米纤维的制备方法，该方法将脱胶后所得的丝素纤维置于45-70℃温度的硝酸钙/饱和一元脂肪醇/去离子水三元体系中进行机械松解处理30min-4h，得到直径为20-2000nm的丝素纤维。

然而，上述方法获得的丝素纤维直径分布不均匀，含有大量直径在1-10μm的粗纤维。而且，通过硝酸钙或弱酸或弱碱和去离子水、一元醇组成的溶液体系对丝素层级结构的松散效果非常有限，以致机械破碎非常困难，难以实现工厂规模化生产，大大限制了其应用前景。绿色、低成本、可规模化生产的丝素纳米纤维制备方法仍亟待开发。