一、Molecular Fundaments of Mechanical Properties of Spider Silk（论文文献综述）
王松立,王美林,周湘,刘遵峰[1]（2021）在《人造蜘蛛丝与仿蜘蛛丝纤维的研究进展》文中进行了进一步梳理蜘蛛丝因其优异的力学性能和良好的生物相容性,一直吸引着科学家的研究兴趣。但蜘蛛在大规模繁殖中互相残杀的特性导致其无法像蚕丝一样实现商业化生产,因此,研发人造蜘蛛丝及仿蜘蛛丝纤维成为解决上述问题的有效方法。为更好地理解蜘蛛丝强韧的本质,综述了天然蜘蛛丝的结构,包括一级结构、β-折叠晶体网络（纳米纤维）结构及其形成过程。介绍了目前人造蜘蛛丝与仿蜘蛛丝纤维的制备进展,包括使用的多肽、非重组蜘蛛纤维蛋白、高分子材料和碳纳米管材料等,为下一步研究与规模化制备人造蜘蛛丝及仿蜘蛛丝纤维提供参考。
宋凌志[2]（2021）在《蓖麻油基功能聚酰胺制备及其仿生弹性体研究》文中提出蓖麻油作为一种广泛种植于温带及亚热带地区的经济作物,其所具备的易得性以及独特的化学结构使其吸引了大量的关注。由蓖麻油衍生的十一烯酸、十一烯酸甲酯、庚醛等化学原料更是在现代化学工业中扮演着重要的角色。尤其是以十一烯酸为主要原料制备的尼龙11更是商业化极为成功的一款生物基聚酰胺产品。然而受限于复杂的工艺、难以调控的微结构以及较差的机械性能,目前蓖麻油在功能聚酰胺领域的应用还需要突破。基于以上背景,本文首先利用蓖麻油衍生物10-十一烯酸甲酯高效地制备出了具有可调性侧基的蓖麻油基功能聚酰胺单体,并借此设计了一种具有长链酯侧基的功能聚酰胺单体。利用“巯基-烯烃”点击反应聚合,并通过将单体共聚以及对投料单体的比例进行控制实现对功能聚酰胺微结构及性能的精确调控。并且,本文还利用可调性侧基的功能聚酰胺单体制备出一系列具有不同酯侧基的单体,并将其聚合研究了不同侧基对功能聚酰胺性能的影响。此外还通过将这些单体进行共聚制备功能聚酰胺树脂并纺丝制备出了在室温及低温下具有优异机械性能的蓖麻油基功能聚酰胺纤维。此外,通过对天然高性能材料的能量耗散结构进行模仿,引入金属离子构建金属配位键作为第二层能量耗散结构,制备出具有高强度、高韧性的高性能蓖麻油基人造弹性纤维。其具体研究工作如下所示:（1）本文以蓖麻油衍生物10-十一烯酸甲酯为主要原料,通过羟基催化酰胺化反应高效地制备出带有羟基侧基以及酰胺基团的双烯功能聚酰胺单体（UDA）,通过1H NMR证明该反应的转化率可达100%。然后通过酯化反应将羟基侧基反应制备出具有丁酯侧基的功能聚酰胺单体（BUDA）,并将其与羟基侧基的功能聚酰胺单体（UDA）进行共聚,通过调整两种单体的比例制备出一系列具有不同性能的蓖麻油基功能聚酰胺。研究表明,通过逐渐增加UDA单体的含量,其结晶度逐渐升高,同时其机械性能逐渐增强。并进一步利用机械循环拉伸使其微结构发生改变。通过WAXD以及力学拉伸测试,可发现循环拉伸后其内部晶体发生明显取向,并且机械性能得到明显增强。最终得到具有高强度、高回弹性的功能聚酰胺弹性体。（2）本文进一步利用带有羟基侧基以及酰胺基团的双烯功能聚酰胺单体（UDA）,通过酯化反应将羟基侧基反应制备出具有不同侧基的酯侧基功能聚酰胺单体。进一步通过高效的“巯基-烯烃”点击聚合反应制备出带有不同侧基的蓖麻油基功能聚酰胺。通过1H NMR以及GPC成功证明该反应制备的功能聚酰胺具有高分子量。DSC、力学拉伸测试证明了不同侧基对功能聚酰胺特性及微结构的影响。此外通过对功能聚酰胺单体进行共聚制备出多种共聚酰胺,进一步,通过熔融纺丝技术制备出丝仿生纤维。研究表明,所制备的人造纤维不仅在室温下具有优异的综合机械性能（韧性～243 MJ/m3）,在-100 oC低温的环境下甚至具备优于室温下的高韧性（-323 MJ/m3）,这是目前大多数人工合成材料所无法媲美的。并且,通过调整熔融纺丝的参数可获得具有不同性能的人造纤维。（3）这里进一步利用“巯基-烯烃”所产生的硫醚键作为配体,通过引入亚铜离子(Cu1+)形成硫醚-亚铜耦合作用作为第二重牺牲键,对蓖麻油基功能聚酰胺的机械性能进行进一步增强。并通过WAXD对其微结构变化进行研究,结果表明通过控制Cu1+含量的加入,不仅使其机械性能得到提高,还可实现对功能聚酰胺微结构的精确调控。进一步利用熔融纺丝技术制备出人造纤维,相较于单纯的功能聚酰胺材料得到的蓖麻油基人造纤维机械性能得到大幅提升（韧性～377MJ/m3）。此外,还利用机械循环预拉伸技术使人造纤维的微结构发生取向,最终获得的具有高强度机械性能的人造纤维（强度～420MPa）,并且该人造纤维还保持着>90%的优异回弹性。（4）利用所制备的功能聚酰胺亲疏水性,通过逐步滴加搅拌的方式制备出纳米颗粒。研究了功能聚酰胺单体、相应功能聚酰胺以及其纳米颗粒的诱导发光（AIE）荧光特性。此外,还研究了侧基对功能聚酰胺单体荧光特性的影响,并利用荧光分光光度计对单体、聚合物、纳米颗粒在不同浓度情况下以及在良溶剂、不良溶剂的荧光表现进行了研究。结果表明,利用该方法制备的功能聚酰胺其单体、聚合物、纳米粒子都表现出独特的聚集诱导发光特性。
贾雪华[3]（2021）在《生物改性蚕丝的外源蛛丝蛋白追踪及丝性能研究》文中认为蚕丝是一种性能优越的天然材料,在传统纺织领域应用历史悠久,在现代材料、医疗、健康等领域有着广阔的应用前景。为了弥补蚕丝固有的缺陷、赋予蚕丝新的性能,拓展蚕丝应用领域,研究者不断探索着对蚕丝进行改性。常见的改性手段有直接针对蚕丝的物理、化学方法,有针对蚕体的生物工程方法和养蚕添食法等。其中生物工程方法以导入外源基因或敲除固有基因的方式,从源头上改变蚕和蚕丝的特性,有望实现一劳永逸,低成本、高效率生产改性蚕丝,是近年备受关注的蚕丝改性方法。基于piggybac（PB）转座子的外源基因导入法是目前最常用的家蚕转基因方法。本实验室以PB转座子为载体成功构建了含有棒络新妇蛛MaSp1蛋白基因的转基因家蚕（RES）。在长期的继代培育中发现了红色复眼报告性状丢失,表现白眼性状的家蚕个体（WES）。为了验证报告性状丢失对转基因家蚕及茧丝的影响,本研究在基因水平、蛋白质表达水平和蚕丝纤维材料等水平进行了追踪。主要研究内容如下:（1）丢失报告性状家蚕个体的基因检测与遗传分析实验分别设计了MaSp1基因和PB转座子的引物,以RES、WES家蚕基因组DNA为模板进行PCR扩增反应。回收扩增产物进行T载体克隆和测序分析。结果显示,在WES家蚕基因组中MaSp1基因已经丢失,PB转座子的L臂丢失而R臂部分存在。RES家蚕基因组中MaSp1基因和PB转座子完好无损。这表明在WES家蚕体内发生了外源基因的再转座行为,暗示PB转座子作为家蚕转基因载体并非完全稳定,存在再转座的风险。进一步的杂交实验和遗传分析结果显示,基因丢失导致的白眼性状的遗传符合孟德尔遗传规律。在以往的家蚕转基因研究中往往关注转入基因的顺利表达与否,缺乏对外源基因遗传稳定性的跟踪。本项研究首次发现并跟踪了PB转座子在家蚕的再转座行为,为完善基于PB的家蚕转基因技术提出了一个重要研究方向。（2）基因丢失对家蚕生长发育和茧质的影响在相同条件下分别饲养了RES和WES家蚕,调查分析了两种家蚕的五龄蚕逐日体重变化、全茧量、茧层量、茧层率、茧丝直径,以及茧丝拉伸应力、应变等力学性能。结果显示,与RES相比,WES家蚕发育经过延长了1.5天,五龄前期体重增长较慢后期较快,整体体重较重。WES家蚕茧层率和茧丝纤度分别比RES降低了0.9个百分点和11%。现有研究中极少涉及对转基因蚕的生长发育的详细追踪,更无基因丢失对家蚕影响的研究报告。本研究首次跟踪到转基因家蚕中外源基因的丢失显着影响蚕体生长发育、茧质和茧丝纤度等生产性状,在转基因蚕品种育种中应当高度重视。（3）生物改性茧丝及其再生蚕丝蛋白膜性能探究本研究生物改性的目的是在家蚕丝腺中表达外源蛋白,以期获得具有外源蛋白性能的新型蚕丝,报告性状的丢失是否伴随改性蚕丝的组成和性能的改变至关重要。实验以RES、WES蚕茧为材料,以普通蚕茧为对照,检测分析了茧丝、丝蛋白膜的结构和性能。结构分析结果显示未脱胶样品中RES蚕丝的β-折叠含量比WES高4个百分点,脱胶样品中RES蚕丝的β-折叠含量明显低于WES。力学试验结果显示,未脱胶RES蚕丝断裂应力大于WES,脱胶RES蚕丝断裂应力远小于WES,脱胶与未脱胶RES蚕丝的断裂点应变均略大于WES。推测位于丝胶层的外源蜘蛛丝蛋白随着脱胶操作与丝胶一起损失,导致了茧丝上述结构和性能的变化。TG结果显示RES蚕丝起始分解温度较WES高3-5oC。紫外照射结果显示RES蚕丝比WES蚕丝更能耐受紫外照射。RES蚕丝蛋白膜的断裂点应力可达到18.65±0.98MPa,优于WES和对照组,且有较好的热稳定性能。甘油共混可以提高蚕丝蛋白膜的韧性,RES蚕丝蛋白膜的断裂伸长率提升尤为明显。在丝胶中引入外源蛛丝蛋白对茧丝和丝蛋白膜结构改善和性能提升有明显的贡献,这为拓展蚕丝及其蛋白在材料、医用等领域的应用提供了实验依据。
赵兵[4]（2021）在《含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的特色性能及其再生膜材料研究》文中进行了进一步梳理蜘蛛丝是一种性能优越的天然蛋白质纤维,受限于蜘蛛极强的领地意识和同类相食的天性,蜘蛛无法像蚕一样进行大规模饲养。因此,越来越多的科学家尝试用新的方法来人工仿制出性能接近蜘蛛丝的纤维。其中将蜘蛛丝蛋白基因转至家蚕的体内,以使该蚕种能够吐出含有蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝这一方法最具开发潜力。而目前对此类含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝较为系统的研究主要集中在生物学方面,对其性能的研究主要集中于机械性能。很少有研究者能比较系统全面的对含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的结构和性能进行评价,也并未发现有关于含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝除力学性能以外的各项性能的研究,更遑论对含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝再生材料的研究。为了能够寻找到这一新型蚕丝所具有的独特性能优势和可能存在的应用前景,本文以含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝、含蜘蛛丝蛋白的新型脱胶丝、普通家蚕茧丝和普通家蚕脱胶丝作为研究对象。对比分析了这四种蚕丝的外观形貌、氨基酸组成、聚集态结构、热性能和机械性能。同时还研究了紫外线处理对含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝、含蜘蛛丝蛋白的新型脱胶丝、普通家蚕茧丝和普通家蚕脱胶丝的结构和性能的影响。最后,制备了含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素膜和普通家蚕丝素膜,对比分析了两种丝素膜的外观形貌、聚集态结构、热性能、机械性能、透气性能和水中溶失率。研究结果表明:（1）通过扫描电镜观察发现,含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝亦为圆柱形,表面光滑。说明蜘蛛丝蛋白的转入并未对其表面形貌发生改变。含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝不论脱胶前后,其丝氨酸、苏氨酸和天门冬氨酸含量略高于普通家蚕丝,其甘氨酸、碱性氨基酸、疏水性氨基酸和小侧基氨基酸含量均低于普通家蚕丝。（2）相对于普通家蚕丝,脱胶前后含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的红外光谱特征峰和X射线衍射光谱特征峰均未发生明显的偏转和峰强的改变。通过分峰拟合得到的结果表明,含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝的结晶度要高于普通家蚕茧丝。（3）含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝的断裂应力和断裂伸长率均高于普通家蚕茧丝。同时含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝的弹性模量和断裂比功均明显高于普通家蚕茧丝,说明含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝的刚性更好、韧性更高。（4）普通家蚕茧丝紫外辐照处理10天后,纤维的机械性能全面下降,变得硬而脆,失去了再次利用的可能性。处理20天后,其丝素表层出现明显的损伤,纤维的综合机械性能进一步下降。含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝处理20天后,纤维才开始变脆,逐渐失去韧性。说明含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝对紫外线的抗性比普通家蚕茧丝更好,同样紫外辐照时间下其机械性能的损伤更小。（5）含蜘蛛丝蛋白的新型脱胶丝经过不同时间的紫外辐照处理后,其力学性能的变化趋势跟普通家蚕脱胶丝的变化趋势基本一致。说明在丝胶启动子的作用下,蜘蛛丝蛋白主要表达于含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的丝胶中,因此主要改变了含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝胶层的结构和性能。（6）含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素膜和普通家蚕丝素膜的结晶结构较为类似,都以SILK-Ⅰ结构为主。加入甘油共混后,含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素甘油共混膜中SILK-Ⅰ结构的含量有所下降,但仍然以SILK-Ⅰ结构为主。普通家蚕丝素甘油共混膜发生了较大的结构转变,其内部以SILK-Ⅱ结构为主。（7）含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素膜和普通家蚕丝素膜的表面都比较光滑、脆性大、水中易溶解、水蒸气透过率低。甘油共混处理后,含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素甘油共混膜的表面观察到大量的孔隙产生,其断裂应变从2.2%升至38.5%,水蒸气透过率增幅达80%以上,并且水中几乎不溶解。甘油共混处理后,普通家蚕丝素甘油共混膜的表面未发生明显变化,断裂应变从1.9%升至17.7%。综上可知,含蜘蛛丝蛋白的新型茧丝在某些方面的性能相比于普通家蚕茧丝更加优良,因此有其独特的应用前景和必要的研究价值。例如其对紫外辐照的抗性明显优于普通家蚕茧丝,并且含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝素膜的韧性和透气性等要优于普通家蚕丝素膜。本研究表明,蜘蛛丝蛋白在丝胶中的表达,使得含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝丝胶层的结晶度有所提高,进而使其对紫外线等作用的抗性更好。含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝这些性能上的优势,使得其作为一种新材料具有十分重要的不同于普通家蚕丝的独有的应用前景和研究价值。
鲁丽[5]（2021）在《丝素蛋白/纳米纤维素仿生纤维的制备、结构与性能研究》文中提出蜘蛛丝是最强韧的蛋白质纤维之一,但无法通过人工饲养蜘蛛而大量获得。丝素蛋白是一种兼具优异力学性能与良好生物相容性、生物可降解性的天然高分子材料,在生物医学等领域有广阔的应用前景,因此以再生丝素蛋白（Regenerated Silk Fibroin,RSF）为模型制备强韧的人造动物丝,成为仿生纺丝领域的研究热点之一。然而目前仿生人造动物丝与天然蜘蛛丝的力学性能仍有一定差距,且难以实现量产。基于微流体的纺丝技术,可集丝素蛋白的剪切、拉伸、浓缩、离子调控和纺丝于一体,从而实现蜘蛛和蚕纺丝过程的仿生模拟,但目前仿生程度不高,纤维仿生成形机理不明确。具有较高长径比的纤维素纳米纤维（Cellulose Nanofiber,CNF）是一种理想的增强材料,本论文首先研究了高浓度RSF/CNF混合液的结构与性能,考察了RSF与CNF的相互作用;随后基于同步辐射对RSF/CNF混合液进行原位小角散射（SAXS）测试,并结合有限元分析模拟（FEMs）技术探究了仿蜘蛛大囊状腺体的微通道对RSF/CNF混合液取向结构、有序度的影响,对微流控仿生技术提供了理论支撑;然后基于仿生微流体芯片模拟蚕和蜘蛛的纺丝方法,以RSF/CNF干法纺丝为模型制备高性能再生动物丝蛋白纤维,并解析了CNF对RSF纤维的增强机理;最后,采用微流体湿法纺丝技术制备了强度高、光损耗低、传声速度快、可编织、可降解、生物相容性良好的RSF/CNF生物光纤,解决了高浓度RSF干法纺丝液难以继续增大CNF添加量、进一步增强RSF纤维的问题,并成功进行了光动力治疗应用研究探索。首先以RSF溶液为基础,结合高强度增强材料CNF,构筑了高浓度RSF/CNF混合液体系,并研究了混合液流变性能及聚集态结构演变。结果表明:RSF/CNF混合液（45 wt%）具有可纺性,添加CNF使混合液粘度增大,切力变稀现象愈加显着,延迟了溶液/凝胶转变过程。同步辐射X射线小角散射（SR-SAXS）结果表明:RSF分子在剪切作用下产生聚集态结构转变,随着剪切速率的提高,大尺寸聚集体、最大均方旋转半径（Rg）值、最大粘度点出现时间提前,说明RSF与CNF间存在氢键、静电力等分子间作用力。多重光散射实验结果表明:CNF在RSF/CNF混合液中具有良好的分散性和稳定性。在上述研究基础上,利用SR-SAXS及FEMs技术,探究了仿生微流体芯片对RSF/CNF混合液取向结构、有序度的影响。结果表明:微通道可以促进流经其中的RSF/CNF混合液趋于更加规整的结构,有序参数由0.1增大至0.36;随CNF含量增加,RSF/CNF混合液的有序参数增大,但过量（7 wt%）CNF使得有序参数略微下降。微通道的剪切拉伸力是RSF/CNF混合液结构规整的主要原因。随流速增大,RSF/CNF混合液有序参数、剪切速率、拉伸速率增大,但过高的速度（30μL/min）使得有序参数略微下降。在微流体芯片拉伸段,RSF分子由各向同性转变为各向异性,出现双折射现象。上述结果对微流控仿生纺丝技术的进一步发展提供了理论支撑。模拟蜘蛛大囊状腺体设计制备了仿生微流体芯片,并基于该芯片对RSF/CNF混合液进行干法纺丝,制备了力学性能优异的RSF/CNF干纺复合纤维。通过分析该纤维的力学性能、二级结构、结晶结构和相界面结构,研究了CNF对RSF的增强机理。研究表明:当CNF与RSF质量之比为1/1000时,RSF/CNF干纺复合纤维（RSF/CNF-1-df）的断裂强度可达486±106 MPa,超过了天然蚕丝纤维（约350 MPa）,最高可达686 MPa,是脱胶丝（265 MPa）的2.5倍,未添加CNF的RSF干纺纤维（RSF-df,307 MPa）的2.2倍,断裂强度提高的同时,断裂伸长率、杨氏模量、断裂能都有提高。结构研究表明:CNF有利于RSF/CNF干纺复合纤维的蛋白分子形成更加规整的构象,由无规卷曲/螺旋结构转变为β-折叠结构。CNF能促进RSF/CNF纤维结晶度增大、中间相含量增加,晶粒尺寸减小。同时,添加CNF使纤维的相界面厚度增大,相关长度减小,取向度增大。为进一步提高RSF纤维的力学性能,采用了微流体湿法纺丝技术,实现了纺丝与后拉伸处理一体化,提高了CNF添加量,获得了强度高、光损耗低、传声速度快、可编织的RSF/CNF湿纺复合纤维,并探索了其在生物光纤方面的应用。通过分析RSF/CNF湿纺复合纤维的力学性能、二级结构、结晶结构和相界面结构,研究RSF/CNF湿纺复合纤维高强度、低光损耗、传声速度快、可编织的机理。力学性能结果表明:添加CNF可以明显提高RSF/CNF湿纺复合纤维的力学性能,RSF/CNF-5-wf湿纺复合纤维（CNF与RSF的质量比为5%）平均断裂强度710.2 MPa,最高可达784.9 MPa,为脱胶丝（265.2 MPa）的3倍,RSF湿纺纤维（RSF-wf,310.3 MPa）的2.6倍。光损耗实验结果表明:添加CNF使RSF/CNF湿纺复合纤维的光损耗降低,RSF/CNF-7-wf（CNF与RSF的质量比为7%）的光损耗仅为1.0 dB/cm,低于脱胶丝（3.8 dB/cm）和文献中报道的多数丝素蛋白基光波导。同时,添加CNF使得RSF/CNF光波导纤维的传声速度提高,其传声速度(3.0 km·s-1)是聚酰胺6纤维(PA-6,1.5 km·s-1)的2倍,且复合纤维具有较好的可编织性。此外,复合纤维结构研究表明:CNF有利于RSF分子形成更加规整的构象,提高RSF/CNF湿纺复合纤维的结晶度和取向度,这一结论与干纺纤维一致。由于RSF/CNF湿纺复合纤维具有优异力学性能、低光损耗的特性,本论文进一步探索了其生物相容性和在光动力治疗方面的应用潜力。首先将RSF/CNF湿纺复合纤维编织成支架,并在支架上培养成纤维细胞（L929）,结果表明:L929细胞在RSF/CNF湿纺复合纤维支架上可以很好地增殖、粘附、铺展,说明RSF/CNF湿纺复合纤维具有良好的生物相容性。随后,将RSF/CNF纤维浸泡在模拟人体体液的PBS溶液中,并表征纤维降解过程中的形貌,结果表明:降解4周后纤维直径明显减小,表面出现大量裂纹缺陷,且浸泡纤维的PBS溶液中出现大量白色絮状物质,说明RSF/CNF湿纺复合纤维具有良好的可降解性能。为进一步研究RSF/CNF光波导在动物组织中的光损耗,将RSF/CNF纤维置于2 mm厚的猪肉组织中,发现不同波长激发光下,激光均可沿RSF/CNF纤维在猪肉组织中传播10 cm左右,光损耗最低为4.7 dB/cm,说明RSF/CNF纤维在猪肉组织中具有传光距离远、光损耗低的优势。最后,为了进一步探究RSF/CNF生物光纤在光动力治疗肿瘤中的作用,将其植入小鼠肿瘤部位,并注射光热颗粒（钯血卟啉单甲醚光敏剂,Pd-HMME）同时激光照射,测试小鼠的体重和肿瘤部位的重量。结果表明:光动力治疗后小鼠肿瘤部位的颜色由明亮的红色逐渐变浅,小鼠体重并未明显变化（均在15-20 g）,小鼠的肿瘤部位质量仅为0.094 g,与对照组肿瘤质量0.61 g相比,减小了近85%,说明光纤对小鼠没有毒性且在光动力治疗肿瘤中发挥了巨大作用。因此,本研究制备的高性能RSF/CNF复合纤维,以其优异的生物相容性、生物可降解性、良好的光动力治疗效果,在生物医学领域显示出巨大的应用潜力。
诸鸿韬[6]（2020）在《蝶类与蛾类昆虫丝及丝蛋白的比较研究》文中进行了进一步梳理蜘蛛结网、家蚕吐丝、黄蜂筑巢,动物的泌丝行为在自然界广泛存在;或为猎食、或为防御、或为繁殖,多种多样的泌丝行为已经成为蜘蛛、昆虫等数十万种动物生存和繁衍的重要手段。在自然界中,存在着超过85万种动物丝,有超过20万种鳞翅目（Lepidoptera）昆虫及3万余种蜘蛛可以泌丝。其中,鳞翅目昆虫由蝶类昆虫,即锤角亚目（Rhopalocera）,和蛾类昆虫,即异角亚目（Heterocera）组成。有证据表明,蝶类昆虫与其他鳞翅目昆虫一样具有泌丝能力,但目前关于鳞翅目昆虫丝的研究仅集中在与家蚕亲缘关系较近的蚕蛾科（Bombycidae）和大蚕蛾科（Saturniidae）的一些昆虫间。对于蝶类昆虫的泌丝现象和蝴蝶丝的研究,还未见报道。蜘蛛和家蚕是泌丝动物的典型代表。蜘蛛丝具有优异的综合力学性能,集高韧性与高强度与一体,即使是最优秀的人造纤维,其综合力学性能依旧难以与蜘蛛丝相比。家蚕丝的优点是产量大,特别是经过了五千多年的人工驯养,家蚕合成丝蛋白的效率在整个自然界都无可匹敌。有趣的是,蜘蛛丝蛋白和家蚕丝蛋白虽然具有独立的起源,但是却在结构上具有非常相似的特征。基于宏观和微观尺度的研究发现,蚕丝和蜘蛛丝都是由晶体区域嵌入无定形蛋白质基质区域所形成的一种半结晶纤维材料。其中,晶区主要是反向平行排列的β-折叠结构,提供了丝纤维的强度和弹性模量;无定形蛋白质基质区域主要是无规卷曲和螺旋结构,提供了丝纤维的延展性;晶区和无定型区进一步组装,形成纳米纤维束,最终组成整个丝纤维,这种层层递进的多层级结构正是蜘蛛丝与蚕丝力学性能优异的原因所在。而影响丝蛋白结构和成丝性能的根本原因,还是丝蛋白本身的序列,即氨基酸组成与排列顺序。和其它蛋白相比,丝蛋白基因的进化相对较快,特别是丝素蛋白重链的重复序列区。昆虫丝蛋白编码基因过高的突变率,导致了它们序列组成的快速分化,造就了鳞翅目昆虫丝蛋白序列丰富的多样性。迄今为止,已报道序列的鳞翅目昆虫仅有家蚕（Bombyx mori）、柞蚕（,Antheraea pernyi）、蓖麻蚕（Attacus cynthia ricini Boisduval）等少数几个吐丝量较高的物种,但据我们所知,绝大多数的鳞翅目昆虫都可以吐丝。因此,基于以上的背景分析,我们收集了7种蝶类昆虫的丝和近30种蛾类昆虫的丝,并对丝蛋白结构和丝的力学性能开展了比较研究。同时,为了研究丝蛋白序列对其性能产生的影响,我们简化了研究模型,使用不同鳞翅目昆虫的丝蛋白序列进行真核表达并进行人工纺丝,以此来解析单纯的序列差异对最终成丝的结构和性能的影响。主要研究结果如下:1.鳞翅目蝶类昆虫的丝我们首先收集了枯叶蛱蝶（Kallima inachus Swinhoe）、红锯蛱蝶（Cethosia biblis）、青斑蝶（Tirumala limniace）、金斑蝶（Danaus chrysippus）、大帛斑蝶（Idea leuconoe）、达摩凤蝶（Papilio demoleus Linnaeus）、玉带凤蝶（Papilio polytes）,共7种来自2总科7科属的蝴蝶幼虫和蛹。根据其不同的结蛹方式,将其分为悬蛹和缢蛹两类。其中悬蛹多见于蛱蝶科（Nymphalidae）、眼蝶科（Satyridae）、斑蝶科（Danaidae）等,缢蛹则多见于常见于凤蝶科（Papilionidae）、粉蝶科（Pieridae）、小灰蝶科（Riodininae）等。悬蛹和缢蛹对丝的使用方式既有相同之处又存在一些差别。相同的是,它们的尾部都有臀棘可以与幼虫分泌织造的丝垫钩合在一起用于固定蛹体,臀棘上的倒钩和丝垫以类似魔术贴的方式相互勾连固定。缢蛹的特殊之处在于缢丝,缢丝是由幼虫分泌的8-12根单丝经过缠绕形成的一种类似钢丝绳的结构,与丝垫相连接,穿过胸部表皮,用于固定蛹体的上半部分。构成缢丝和丝垫的丝在成分上并没有本质区别,但是多股缢丝呈螺旋状缠绕组装在一起后,极大地提高了缢丝的综合力学性能。2.鳞翅目蝴蝶丝与蛾类丝的成分、结构与性能比较除了上述的7种蝴蝶丝以外,我们利用相机、解剖镜、扫描电子显微镜,对收集到的各种鳞翅目昆虫茧和丝进行形态学比较研究。发现鳞翅目蛾类昆虫的茧层形态主要可以分为:质密多孔结构和连续丝胶膜粘连形成的片状结构两类。茧层的具体差异体现在丝胶的连续性、茧层孔隙大小、有无非丝成分和草酸盐含量等方面。对5种蛾类昆虫茧的研究结果表明,家蚕、野桑蚕的茧层为孔隙较小的质密多孔结构,茧层成分较为均一,未见非丝蛋白成分。茶蚕是蚕蛾科昆虫,在分类学中与家蚕有较近的亲缘关系,其茧层形成了连续的丝胶膜,茧层成分均一,表面可见少量草酸钙晶体。樟蚕为大蚕蛾科昆虫,茧的形状较大,茧层形成连续的丝胶膜,茧丝表面可见大量的草酸钙晶体。大蓑蛾是蓑蛾科昆虫,其特征是幼虫全龄期覆茧营生,其茧层为孔隙较大的质密多孔结构,茧层成分包含枝叶、泥土等环境成分,茧层中草酸钙含量较少。进一步研究中,我们利用静态拉伸实验和傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）比较了3种蚕蛾科昆虫丝和3种蝴蝶丝的力学性能与丝蛋白二级结构的差异。结果显示,3种蝴蝶丝的综合力学明显性能均低于3种蚕丝,蚕丝的断裂强度在400MPa以上,但蝴蝶丝的断裂强度仅有其一半左右。在延展性方面,3种蚕丝的延展性为18-20%,而3种蝴蝶丝仅为10-13%。韧度方面,蚕丝则更是远超蝴蝶丝,其差异可达6-10倍。丝蛋白的二级结构检测结果表明,6种鳞翅目昆虫丝的红外光谱均显示出蛋白质基质材料的特征,在酰胺I、酰胺II、酰胺III区域存在明显的吸收峰,且金斑蝶丝的草酸钙吸收峰非常明显。对酰胺III区域进行去卷积分析,结果显示,相对于3种蚕丝35-38%的β-折叠含量来说,蝴蝶丝中的β-折叠含量显着低于蚕丝。这一结果与力学性能测试结果中断裂强度的规律相符合,二者呈现明显的正相关性。因此,我们推测,因为蝶类丝含有更少的β-折叠结构,所以导致了其断裂强度低于蚕蛾丝。3.鳞翅目昆虫丝素重链蛋白的真核表达与人工纺丝为了分析丝蛋白序列对成丝性能的影响,我们构建了简单的实验方法模型。根据物种的进化程度,从已报道的鳞翅目昆虫丝素重链蛋白序列中选出5种作为备选。并在其丝素蛋白重复区中截取单个重复单元,经过相应的重复次数,使所得重组蛋白的分子量均为50 k Da左右。接着,根据所设计的蛋白序列,配合巴斯德毕赤酵母菌（Pichia pastoris）的优势表达密码子库,利用p PICZαA载体,得到4种蛋白的表达菌株,并进行大量表达和纯化。最终成功获得2种鳞翅目昆虫丝素蛋白的重组蛋白:以日本蓑蛾的丝素重链重复区序列为基础的E.variegate Fb H-RP和以金凤蝶丝素重链重复区序列为基础的P.machaon Fb H-RP。将两种重组蛋白溶解于六氟异丙醇（HFIP）中,制成约10-20%（w/v）的纺丝原液,利用湿法纺丝技术,控制相同的纺丝条件,进行人工纺丝。所得的初生丝纤维经过4倍后拉伸后,形成两种质地均匀的湿纺成丝:E.variegate RP-WF和P.machaon RP-WF。对所得丝纤维进行力学性能和二级结构的检测,结果表明,两种湿纺成丝的综合力学性能存在明显差异:E.variegate RP-WF的断裂强度为67.66 MPa,伸长率为2.87%;P.machaon RP-WF的断裂强度为36.14 MPa,伸长率为3.26%。结合红外光谱的分析结果,发现两种重组蛋白湿纺成丝的β-折叠结构含量分别为10.3%和6.6%,证实其丝性能确实与β-折叠结构含量有关。通过对比此前根据氨基酸序列所预测的蛋白质二级结构含量分析结果,推测序列中存在的寡聚丙氨酸嵌段（poly alanine block）和（GA）n结构是影响β-折叠含量和丝性能的主要原因。
温睿[7]（2020）在《三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究》文中认为蜘蛛丝因其优异的力学性能和良好的生物相容性,近年来一直受到研究人员的广泛关注。圆网蜘蛛具有7种类型的产丝腺体,能够分泌6种丝纤维以及一种湿胶,而且每种丝纤维都表现出独特的生物学功能和材料学特性。在这些类型的丝纤维中,管状腺丝（Tubuliform silk）主要用于形成卵袋的外层丝,并保护卵袋内的蜘蛛卵免受外界环境的干扰,具有良好的韧性及断裂强度。而葡萄状腺丝（Aciniform silk）在所有类型的蛛丝中具有最强的韧性,用于对猎物的包裹及形成卵袋的内层结构。正因为蛛丝的这些优良的材料学特性,因此在组织工程、航空航天和军事等领域具有巨大的应用价值。然而,由于蜘蛛同类相食的天性及自身产丝量低等因素,从而难以对蜘蛛进行大规模饲养获取丝纤维。因此,利用生物技术手段制备仿生蛛丝便成为获取蛛丝纤维的主要途径。随着国内外研究人员对蛛丝蛋白不断地深入研究,已有关于蛛丝蛋白基因的鉴定被陆续地报道。然而,由于蛛丝基因大,重复序列长且复杂和GC含量高,因此所报道的蛛丝基因大多数为片段化的序列,只有少量的蛛丝蛋白全长基因被测序鉴定。另外,之前研究人员通过构建基因组文库或c DNA文库,对包含蛛丝基因的阳性克隆进行筛选蛛丝而获取全长编码基因序列。此方法尽管能从基因组DNA中钓取完整的目的基因,但因其具有盲目性、专一性差和效率低下等缺点,严重滞后了对蛛丝蛋白全长基因序列的研究进展。蛛丝蛋白全长基因序列的稀缺性不仅无法满足高性能仿生蛛丝纤维制备的需要,同时也限制了对蛛丝基因分子进化机制的进一步了解。此外,由于对天然蛛丝的成丝机理了解有限,导致目前的纺丝方法所制备的仿生蛛丝纤维的力学性能与天然蜘蛛丝有着很大差距。因此,改良纺丝工艺,选择合适的纺丝试剂对于提升仿生蛛丝性能具有重要意义。本论文以大腹园蛛（Araneus ventricosus）管状腺丝（Tubuliform spidroin,Tu Sp）和葡萄状腺丝（Aciniform spidroin,Ac Sp）为研究对象,利用简并PCR、锚定PCR、长距离PCR（LR-PCR）以及RACE等一系列PCR技术,克隆出三条蛛丝蛋白全长编码基因,为高性能仿生蛛丝的制备提供了新的基因蓝图,进一步揭示了蛛丝蛋白的多样性,为研究蛛丝基因的分子进化机制提供更多详实的数据。同时,本论文还构建并表达了两类重组蛛丝蛋白,系统地研究了蛋白分子量以及纺丝试剂对丝纤维性能的影响,并制备出了高性能仿生蛛丝纤维,为今后在生物医学材料领域的应用奠定了坚实的理论基础。本论文的研究内容主要由以下五个课题组成:1. 蛛丝蛋白Tu Sp1全长编码基因结构分析。作为一种用于构建蜘蛛卵袋外层结构的丝纤维,由管状腺体所分泌的管状腺丝具有良好的力学性能,同时能够抵御卵袋外部环境对蜘蛛卵的侵袭,例如温度的变化以及有害微生物等。因此,对于管状腺丝的研究对制备出具有良好材料学特性的新型生物材料具有重要的意义。在本章中,利用简并PCR、锚定PCR以及LR-PCR技术,从A.ventricosus基因组DNA中成功地克隆并鉴定出A.ventricosus Tu Sp1全长编码基因。对该全长基因序列分析后,结果显示该基因长达5763 bp,共编码1921个氨基酸。没有检测到内含子。此外,其重复区内具有9个在序列上彼此相似度极高的重复单元。丝氨酸（Ser）与丙氨酸（Ala）是Tu Sp1中最为丰富的氨基酸,分别占27.9%和23.8%。二级结构预测结果表明该蛋白的NT和CT各自存在5个α-螺旋（α-helix）结构。A.ventricosus Tu Sp1的疏水性预测结果显示,该蛋白总体上表现出较强的疏水性。对A.ventricosus Tu Sp1全长基因序列的鉴定不仅能够为仿生蛛丝的制备提供更多的基因资源,而且对于了解长且带有重复序列的基因的分子进化动力学也至关重要。2. 探索Tu Sp1重组蛛丝蛋白的外源表达以及纺丝纤维的性能。在上一研究获得Tu Sp1基因序列之后,利用外源宿主表达重组蛋白并制备相应的仿生蛛丝便成为了研究重点。在本章中,将Tu Sp1的NT和CT结构域与1～4个Tu Sp1的重复单元（Rp）进行嵌合,构建了4个含有不同重复单元数量的重组蛛丝蛋白NTR1-4CTTu Sp1。4种重组蛋白在大肠杆菌（E.coli）中的表达结果显示,随着重复单元的增加,蛋白的产量随之减少。此外,具有4个重复单元的蛋白NTR4CTTu Sp1没有表达,而且NTR1-3CTTu Sp1都表达在包涵体中。由于NTR2-3CTTu Sp1的产量低,且纯化较为困难,因此以NTR1CTTu Sp1为代表制备重组蛛丝纤维。二次拉伸已被证明可以提高人造丝纤维的品质。虽然NTR1CTTu Sp1蛋白的分子量小只有50 k Da,但NTR1CTTu Sp1纯化后溶解在六氟异丙醇（1,1,1,3,3,3-hexafluro-2-propanol,HFIP）中,在凝固浴中进行湿纺及二次拉伸之后,力学性能测试结果表明二次拉伸得到的丝纤维具有约400 MPa的断裂强度,几乎和天然包卵丝相当,韧性可达100 MJ/m3。本章以分子量较小的NTR1CTTu Sp1蛋白为原料所制备的仿生蛛丝综合性能优良,证明了A.ventricosus Tu Sp1对于生产高品质生物材料是一种非常理想的蛛丝基因。同时,为了纺织出性能更为优越的丝纤维,仍需在密码子优化和表达宿主方面进行研究以提高其余三种重组蛋白的产量。3. 葡萄状腺丝蛋白Ac Sp1全长基因的克隆及分析。葡萄状腺丝在蜘蛛的繁殖和捕食过程中都具有重要作用,主要用于包裹猎物以及形成卵袋内层丝结构。同时,因其兼具高强度和高延展性,因此在所有类型的蛛丝中具有最强的韧性。本章利用上述的PCR技术,成功地克隆并测序了Ac Sp1全长编码基因序列,其序列显示该基因可达10338 bp,编码3445个氨基酸。其重复区由15个长且复杂的重复单元所组成,并且这些重复单元之间具有极高的序列相似度。相较于Tu Sp1,Ac Sp1中Ser（18.0%）与Ala（12.6%）含量较低,而甘氨酸（Gly）含量有所提高,达到14.5%。Ac Sp1的二级结构预测表明,其NT端存在5个α-螺旋,而CT端只包含4个α-螺旋。系统进化树的结果显示,Ac Sp1与Tu Sp1基因很有可能起源于一个共同的祖先丝基因,在经过数亿年的进化后,形成各自高度分化的丝基因。对于A.ventricosus Ac Sp1基因序列的克隆分析不仅有助于更为深入地了解不同蛛丝基因之间的演化历史,而且还为制造出高韧性的仿生丝纤维提供了可利用的基因资源。4. 新型蛛丝蛋白Ac Sp2全长基因的结构特征。尽管圆网蜘蛛能够分泌出7种不同类型的丝纤维,但作为蛛丝纤维的主要成分-蛛丝蛋白来说,其种类极其多样。棒络新妇蜘蛛（Nephila clavipes）全基因组测序结果显示,至少存在8种大壶腹腺丝蛋白（Ma Sp）基因以及4种小壶腹腺丝蛋白（Mi Sp）基因。然而,目前仍然只发现了一种类型的葡萄状腺丝蛋白基因,即Ac Sp1。尽管不同蜘蛛的Ac Sp1基因在序列上有些许差异,但无论是NT端、CT端以及重复区仍具有较高的同源性。本章将RACE技术与简并引物相结合,通过LR-PCR成功鉴定出了第二种类型葡萄状腺丝蛋白全长编码基因,命名为Ac Sp2。Ac Sp2的全长基因大小为14238 bp,编码的蛋白有4745个氨基酸,分子量为476 k Da。该蛋白的重复区由25个重复单元组成,前24个重复单元长度在183～185个氨基酸之间,最后一个为截断的重复只有11个氨基酸。同时,这些重复单元的序列与Ac Sp1相似度极低,表明这是一种新型的重复模块,而且一些重复单元存在序列丢失的现象,即缺少一个丝氨酸和一个天冬氨酸。然而,其NT端和CT端序列与Ac Sp1具有较高的同源性。遗传进化分析结果显示,Ac Sp2与Ac Sp1在遗传距离上相距较远,但Ac Sp2基因仍然处于Ac Sp分支上,表明Ac Sp2基因可能在遥远的过去由Ac Sp1基因分化而来,之后进行着各自的演化道路。在本章中,首次证实了第二种类型的葡萄状腺丝蛋白的存在,表明蛛丝蛋白基因的分化事件在蜘蛛的进化史及不同类型蛛丝蛋白中普遍发生。5. 纺丝溶剂及重复单元数量对Ac Sp2重组蛛丝性能的影响。天然蛛丝纤维的力学性能主要取决于蛛丝蛋白内的重复区序列。重复序列的类型及大小都能极大地影响丝纤维的力学性能。对于仿生蛛丝而言,纺丝溶剂及重复单元数量都能极大地改变丝的品质。本章依据上述所获得的Ac Sp2全长基因,将Ac Sp2的NT端、CT端以及1～6个重复单元进行基因重组,构建了6种具有不同重复单元数量的Ac Sp2的重组蛋白基因,并在E.coli内对6种蛋白进行表达。以纯化的重组蛋白为蛋白原料,通过湿纺法制备了不同的仿生丝纤维。力学性能测试结果显示,重复单元数量的增加能够提升丝纤维的延展性,而对于丝的强度影响不大。同时,利用不同溶剂进行纺丝的结果表明,当以HFIP为溶剂,水为凝固浴进行纺丝时,纺出的丝纤维更细。尽管其丝纤维的断裂强度较弱,但其延展性获得极大提高,可达161%且超越了天然的包裹丝。本章不仅制备出超越天然蛛丝的高延展性的仿生蛛丝纤维,而且为制备具有优良力学性能的仿生蛛丝提供了新的思路。
王康康[8]（2020）在《大腹园蛛PySp基因多样性和MaSp1可变剪接体研究》文中指出目前已知的蜘蛛种类有42000多种,几乎每一种蜘蛛都能够纺丝,圆网蜘蛛甚至能织七种不同的丝纤维。这些蛛丝纤维主要由蛋白质构成,被称为蛛丝蛋白,其基因结构高度保守。蛛丝中强度最高的一种丝称为主壶腹腺丝（拖丝）,被认为是自然界中最坚韧的生物聚合物之一,它构成了蜘蛛网的框架,也是蜘蛛从高处跳落躲避捕食者时所纺出的丝纤维。另一种特殊的蛛丝为梨状腺丝,由梨状腺分泌。梨状腺丝是一种干性丝纤维和湿胶的复合体,是构成附着盘的主要组成成分。附着盘能够固定牵引丝使蜘蛛安全、迅速地移动,并将蜘蛛网牢固地附着在各种物体表面上。蜘蛛丝是一种具有生物相容性和可降解性的蛋白类材料。由于绝大多数蜘蛛无法被大规模养殖,因此须通过基因工程手段大量生产蛛丝蛋白,并利用仿生技术制备人工蛛丝纤维。在许多工业领域中,具备出色的机械性能、良好的生物相容性、质地轻柔的纤维更被人们所青睐。人工蛛丝纤维的优良品质将在不同领域发挥作用,如组织工程、军工以及航空航天领域等。目前人造蛛丝纤维产量低、价格昂贵,且材料学性能仍不及天然蛛丝,其原因主要是在蛛丝蛋白仿生的过程中,还存在多个亟待解决的关键性问题:多数编码蛛丝蛋白的全长基因尚未获取,蛛丝基因结构和功能研究较少,成丝机理的阐述仍不清晰等。天然蛛丝的纺丝过程十分复杂精密,在这个过程中,蛛丝蛋白从高度可溶性的储存状态组装成有序的、不溶性的纤维。事实上,纺丝过程中赋予蛛丝蛋白有序的排列是蛛丝高性能的基础,然而,促进驱动蛛丝纤维组装的因素以及蛛丝蛋白对这些因素做出反应的机制还知之甚少。这些都限制了蛛丝蛋白的仿生研究的发展。本论文的内容包括以下四个方面:一、大腹园蛛梨状腺丝蛋白PySp1全长基因的克隆鉴定。首次对于蛛丝蛋白全长编码基因序列的报道是黑寡妇蜘蛛（Latrodectus hesperus）的MaSp1和MaSp2。之后其他类型的蛛丝蛋白的基因序列也被鉴定,如大腹园蛛（Araneus ventricosus）的MiSp以及Latrodectus hesperus AcSp1等。但是,由于蜘蛛蛋白基因具有大量序列重复,再加上基于m RNA的克隆技术存在3′端的偏向性,还有大量的蛛丝蛋白基因的全长序列未被获取。作为一种丝胶混合型蛛丝蛋白,已知关于PySp1的信息十分稀少,只有一个来自Argiope argentata的梨状腺丝基因被鉴定出来。为了更好地了解PySp1分子结构的多样性以及PySp1与其他蛛丝蛋白家族成员的进化关系,本章通过简并PCR和长距离PCR（LD-PCR）获得了大腹园蛛蛛丝蛋白PySp1的全长序列。PySp1A.v基因全长11931 bp,编码蛋白有3976个氨基酸,中心重复区由16个高度同源的单位组成。与以前报道的A.argentata PySp1序列相似,A.ventricosus的PySp1也具有长的含重复序列的N-linker,用来连接N端和重复区域。A.ventricosus PySp1的二级结构和疏水性的预测显示,其末端与重复区主要为α-螺旋结构而N-linker为无规卷曲而且表现出极强的亲水性。系统发育分析结果显示,A.ventricosus PySp1与其他物种的PySp1基因被分组在一个独立的进化分支上,与其他类型的蛛丝基因共同组成了一个庞大的蛛丝基因家族。二、大腹园蛛新型梨状腺丝蛋白PySp2全长基因的克隆鉴定及纺丝研究。随着基因组测序的发展,在同种蜘蛛中甚至发现了多达数十种MaSp蛋白基因,但目前只有一种类型的PySp基因即PySp1被报道。为了扩展对蛛丝蛋白基因家族的知识,发现和研究新的蛛丝基因是必要的。本章通过RACE和LD-PCR鉴定得到第二种类型的大腹园蛛的梨状腺丝蛋白(PySp2A.v)基因序列。与PySp1A.v的重复序列相比,PySp2A.v的重复序列更为复杂可分为4种不同类型的重复区其中包含3种和其他梨状腺丝蛋白完全不同的重复序列模块,以及一种与PySp1A.v的重复单元具有较高相似度的重复序列。PySp2A.v linker比PySp1A.v linker短且序列也简单。系统发育分析结果显示,PySp2A.v与PySp1A.v基因在一个独立的进化分支上,但被分在不同的亚分支上,彼此遗传距离相对较远。而且,本章还构建了含有部分PySp2A.v重复区片段的重组蛋白PySp2-R1B并在大肠杆菌中表达,初步研究了PySp2A.v蛋白的原核表达及成丝机理。结果表明,在16℃下LB培养基诱导表达16 h获得了较高的蛋白质表达量。通过湿纺和手工拉丝的方法分别制备了丝纤维,虽然PySp2-R1B只含有部分重复单元,但依然可以自组装形成丝纤维。全长PySp2A.v基因序列为人工蛛丝纤维提供新的模板,PySp2-R1B纺丝为大量生产仿生蛛丝奠定了理论和技术基础,而且也证实了多个梨状腺丝蛋白基因的存在。三、大腹园蛛MaSp1可变剪接体基因的克隆鉴定、基因结构、表达和成丝机理研究,两个可变剪接体的性质揭示了N-linker的独特功能。真核生物中广泛存在可变剪接。然而,在圆网蜘蛛Nephila clavipes中只发现了两个MaSp的可变剪接体。蛛丝蛋白主要由三个结构域组成,一个巨大的中央重复区以及侧翼的非重复且相对保守的N和C末端结构域。末端区域被认为是负责丝纤维形成过程中的自组装,而重复区则决定了丝纤维的的机械性能。然而,作为用于桥接末端与重复区域的结构,linker的功能至今仍不清楚。为了更好地了解linker功能并深入对蛛丝蛋白可变剪接事件的了解。在本章中,我们通过逆转录PCR从A.ventricosus获得了两个MaSp1剪接体。这两个MaSp1剪接体的一级结构表明,两者都几乎没有重复区,并且只有NT和CT。两种可变剪接体之间的主要区别是是否包含N-linker结构。因此,两种可变剪接体的不同性质可以反映N-linker的功能。对两个可变剪接体蛋白的疏水性以及二级结构预测表明,N-linker主要为无规卷曲结构且表现出极强的亲水性。此外,两个可变剪接体以及N-linker重组蛋白在大肠杆菌中进行表达,之后通过手工牵拉将其纺成丝纤维。Western印迹结构表明,含有N-linker的蛋白更可能在溶液中形成二聚体。在不同温度下的CD结构显示,N-linker可以有效地提高丝蛋白的热稳定性。机械性能结果显示,较大的可变剪接体蛋白的丝纤维的机械强度也得到显着提高,表明N-linker可能促进分子间二硫键的形成,从而增加了自组装丝纤维的断裂强度。本研究不仅首次证实了MaSp1的N-linker在蛛丝蛋白的聚集和形成过程中的重要作用,填补了N-linker功能研究的空白,而且还证明了缺少重复区的蛛丝蛋白仍然可以自我组装成高强度的丝纤维。该研究扩展了构建最佳重组蛛丝蛋白序列的设计思路,为高性能人造纤维奠定了良好基础。四、大腹园蛛PySp-MiSp融合转录本鉴定和基因组密码子研究。本章通过转录组测序比对首次发现了天然蛛丝蛋白融合转录本的存在,为制备高机械性能的人工嵌合蛛丝纤维提供理论依据。为了解大腹园蛛密码子使用的特性,以大腹园蛛基因组数据为材料,首次对大腹园蛛的密码子的使用及影响因素进行了分析,评价了自然选择作用及突变压力在塑造大腹园蛛基因密码子使用模式中所起的作用。从大腹园蛛基因组数据中筛选184982个高置信CDS序列,经过一系列的分析,发现大腹园蛛的密码子使用偏好较弱;受核苷酸组成,突变压力,自然选择,基因长度及基因表达水平的综合影响,但突变压力可能对密码子偏性起主要作用;计算得到19个最优密码子,其密码子的第3位都是A或T;大腹园蛛密码子和五种模式生物相比较结果表明其与烟草（Nicotiana tabacum）和家蚕（Bombyx Mori）密码子差异最小。此外,根据密码子使用情况对蛛丝蛋白基因进行聚类分析,基因间以蛛丝蛋白类型进行分组。首次利用生物信息学方法分析大腹园蛛编码蛋白基因的密码子偏好性,确定高频密码子和最优密码子,对蜘蛛的进化、新基因发现提供了必要的参考。
杨公雯,顾恺,邵正中[9]（2021）在《从天然动物丝到丝蛋白基材料的研究》文中研究说明作为具有优异综合力学性能的天然蛋白质纤维,丰产的动物丝特别是蚕丝长期伴随着人们的日常生活,近十余年来,各种具有特色的功能性丝蛋白基材料更是层出不穷.但在探索动物丝和丝蛋白基材料的过程中,动物丝纤维是经由蚕或蜘蛛等动物的纺器而纺制得到的简单事实往往被忽视;换言之,动物丝实际上是动物对丝蛋白进行体内"加工"后的产物,也是丝蛋白基材料中的一种.因此,天然动物丝中独特的各等级间构效关系与丝蛋白基材料的构效关系之间并不存在着必然的传承效应.本文着重介绍了我们在对动物丝和丝蛋白基材料探索中的经验和体会,即在强调以丝蛋白分子链结构与性能及其之间的关系为研究重点的基础上,从比较和发掘各种天然动物丝的特性入手,进而了解丝蛋白分子链在本体和溶液中的行为,并通过对动物丝蛋白分子链聚集态结构的调控,以达到设计制备一系列多形貌和多功能的动物丝蛋白基材料的目的.
彭章川[10]（2020）在《高性能蚕丝结构解析和素材创新》文中提出生物在数十亿年的进化过程中获得了多种多样的生存技能,动物泌丝算是其中一种。对于泌丝动物来丝说,丝纤维对其生存和繁衍具有至关重要的作用。家蚕（鳞翅目昆虫）是一种泌丝动物,由于蚕丝具有性能优异和环保无毒等优点而被广泛应用于纺织、医疗、健康食品和先进材料等领域。蚕丝属于一种天然动物丝纤维,动物丝通常被认为是微小晶区分散在连续无定型区中而形成的半结晶纤维材料,其中晶区主要由反向平行排列β-折叠结构构成,无定型区主要由无规线团/螺旋结构构成,这种晶区和无定型区再组装形成的具有一定取向性的聚集态结构赋予了蚕丝优异的力学性能。蚕丝的半结晶结构在赋予其力学性能时有明确分工,结晶区决定了蚕丝的强度和弹性模量,晶体总量、颗粒大小、取向性以及完整度等都会影响蚕丝的强度和模量性能;非结晶区主要决定蚕丝的延展性。两者共同决定了蚕丝韧度,韧度是评价蚕丝性能的一个综合指标。基于目前对蚕丝结构、性能以及二者之间关系的认识,许多科学家致力于改造蚕丝的力学性能以拓展蚕丝的应用领域。目前改性蚕丝的方法包括:物理改性、化学改性、添食特殊物质改性、开发再生丝素蛋白纤维以及转基因技术改性等。但是成功提高蚕丝力学性能的研究却非常少见,主要是因为我们对蚕丝结构性能之间的关系的认识还不够深入,我们现在掌握的知识还不足以精确指导我们定向改造蚕丝。虽然科学家们已经通过核磁共振、红外光谱、拉曼光谱、广角X-射线衍射和小角X-射线散射等技术从微观角度解析蚕丝的多层级结构,但是,蚕丝中二级结构如何组装成更高级的聚集态结构、不同层次的结构如何协同作用赋予蚕丝优异的综合力学性能以及不同类型蚕丝的力学性能差异性的原因仍然模糊不清,仍然有很多未知信息等待着研究者的探索。基于上面的分析,我们探究了弯曲对新生蚕丝结构和性能的影响、分析了不同龄期蚕丝在结构和性能方面的差异,获得了关于结构性能方面的新规律,并利用新规律去指导我们使用转基因技术改造蚕丝的力学性能。主要研究结果如下:1.弯曲处理对新生蚕丝结构性能的影响我们首先设计了一个非常精密的可调速步进电机系统用于强拉丝。对不同角度弯曲处理蚕丝的表面和横截面形态的观察结果显示:蚕丝仍然是由两股组成,弯曲处理不改变蚕丝的股数;随着弯曲处理角度增加,蚕丝长轴直径越来越小,横截面也越来越小,即蚕丝越来越细。力学性能检测结果显示:随着弯曲角度增加,蚕丝的伸长率逐渐减小,弹性模量、强度和韧度都出现了先增大后减小的变化趋势,并且在67.5°到90°的弯曲范围内,蚕丝的弹性模量、强度和韧度会最好。我们利用同步辐射傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）对各角度弯曲处理蚕丝进行了二级结构分析。结果显示:随着弯曲角度增加,蚕丝的β-折叠结构含量逐渐增加。这说明强拉丝弯曲处理过程中,角度增大会使蚕丝与转子之间的相互作用力增大,进而会促进更多β-折叠结构的形成。我们利用同步辐射广角X-射线衍射技术对各角度弯曲处理蚕丝进行了晶体结构分析,首先我们计算了各角度弯曲处理蚕丝的结晶度,结果显示:随着弯曲角度增加,蚕丝结晶度逐渐增加,这个结果同FTIR结果一致,因为晶体结构主要由β-折叠组成。接着我们利用Herman取向因子法对各角度弯曲处理蚕丝进行了取向分析,结果显示:随着弯曲角度增加,蚕丝取向因子逐渐降低。最后,我们利用谢乐公式法计算了各角度弯曲处理蚕丝的晶粒尺寸,结果显示随着弯曲角度增加,蚕丝晶体颗粒逐渐增大,这个结果同FTIR结果和结晶度结果一致。弯曲对新生蚕丝力学性能的影响可以总结为:随着弯曲角度的增加,蚕丝结晶度和晶粒尺寸逐渐增大,而取向因子逐渐降低。前期是由结晶度增加引起力学性能提高占据主要作用,后期是由取向因子降低和晶粒尺寸增大造成力学性能下降占据主要作用,所以经过不同角度弯曲处理的蚕丝的综合力学性能出现先增大,后减小的变化趋势。而67.5°到90°的弯曲角度范围是分界线,弯曲角度处于这个区域时,蚕丝表现出最佳的力学性能。接着我们利用三维空间坐标系和空间向量夹角公式建立了蚕丝（吐丝时）自然弯曲角度的分析方法,调查结果显示:蚕丝自然弯曲角度范围为70.23°–87.98°。这个结果刚好处于力学性能最好的弯曲角度范围内。家蚕吐丝时蚕丝的自然弯曲角度与力学性能最佳的弯曲角度范围恰好重合,我们分析认为这是进化选择的结果:由于丝蛋白的特性决定蚕丝纤维最后需要经过大约67.5°–90°范围的弯曲处理其性能才能达到最佳状态,为了获得性能最好的丝去营建保护性最好的茧,蚕的吐丝行为逐渐进化成现在的方式,这或许也是家蚕吐丝时头部呈8字型摆动的原因之一。当然还有另一种可能,由于自身的生理结构特点决定家蚕只能以8字型路径吐丝,而且新生蚕丝必然会发生大约70.23°–87.93°范围的弯曲,为了避免弯曲对蚕丝力学性能和蚕茧保护性能的影响,蚕通过进化选择了一个经过70.23°–87.93°范围的弯曲处理后其力学性能达到最佳的丝蛋白;利用该丝蛋白形成的蚕丝和蚕茧的力学性能最好,最有利于保护蛹,也最有利于蚕的生存和繁衍。2.不同龄期蚕丝结构性能首先我们分别收集了来自家蚕不同发育阶段（一个蚕生命周期）的10种蚕丝:1龄起丝（I-B silk）、1龄末丝（I-E silk）、2龄起丝（II-B silk）、2龄末丝（II-E silk）、3龄起丝（III-B silk）、3龄末丝（III-E silk）、4龄起丝（IV-B silk）、4龄末丝（IV-E silk）、茧衣丝（Scaffold silk）和茧丝（Cocoon silk）。然后我们分别精确测量了10种蚕丝的力学性能,结果显示:10种蚕丝明显可以分为3大类:幼龄起丝、幼龄末丝和熟蚕丝（茧衣丝和茧丝）。幼龄丝力学性能优于熟蚕丝,幼龄末丝力学性能优于幼龄起丝和熟蚕丝,其中幼龄末丝具有超强的力学性能。从生物学功能上讲,幼龄丝力学性能优于熟蚕丝是必然的,因为在觅食、取食和移动过程中,为了抵抗恶劣的自然环境（主要是风吹以及其引起的震动）,幼蚕需要吐出力学性能非常优异的幼龄丝来保证自身不会从桑叶或桑树上掉下去。尤其是在幼龄末期,幼蚕还需要使用力学性能更加优异的幼龄末丝来固定身体和帮助自身蜕皮。因此幼龄丝对幼蚕的生长发育关重要,所以幼龄丝具有优异的力学性能。而对于熟蚕丝来说,数量众多的熟蚕丝聚集在一起,其综合力学性能已经足够保护蚕蛹,所以不需要单根熟蚕丝的力学性能也很优异。然后我们利用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱技术对10种蚕丝的二级结构进行了表征,结果显示:幼龄末丝的β-折叠含量均高于熟蚕丝和幼龄起丝。这是幼龄末丝具有较高力学性能的原因。接着我们利用普通广角X-射线衍射（XRD）技术分析了10种蚕丝的结晶度,结果显示:随着龄期的增加,蚕丝的结晶度在逐渐减小,这是幼龄蚕丝龄期越小其伸长率越低的原因。IV-B silk的综合力学性能最好,但其结晶度并不是最高的,因此,结晶度与力学性能并不完全呈正相关关系,只有当β-折叠晶体结构、α-螺旋晶体结构、α-螺旋非晶态结构和无规卷曲结构达到某种平衡时,蚕丝才能获得最佳的力学性能。最后,我们还利用LC-MS/MS技术对比分析了高性能丝—IV-B silk和茧丝在主要丝蛋白含量上的差异。结果显示IV-B silk丝素中P25蛋白的含量增加了大约2.9倍,由于P25蛋白是一个具有分子伴侣功能的小分子蛋白,其本身对于丝素小体的组装和分泌起着重要作用。推测在IV-B silk中额外的P25蛋白具有促进Fib-H蛋白形成更多β-折叠结构、连接大分子和增强分子网络稳定性进而增强IV-B silk力学性能的作用。3.利用转基因技术创制高性能蚕丝材料我们分别选定黄粉虫抗冻蛋白TmAFP4-9、黑腹果蝇热激蛋白HSP（分子伴侣蛋白）和蜘蛛丝小分子富含半胱氨酸滑结蛋白CRP2作为目标蛋白,构建了3个融合重组蛋白转基因表达载体,并通过注射和阳性个体筛选,获得了名为AFP、HSP和CRP的转基因品系。插入位点分析结果显示目标基因AFP插入位点为家蚕基因组的7号染色体中scaffold 45的3412298–3412373位点,HSP插入位点为家蚕基因组的24号染色体中scaffold 43的6140556–7406261位点,CRP插入位点为家蚕基因组的11号染色体中scaffold 16的9968206–11378158位点。RT-PCR结果显示,3个目标蛋白基因成功在家蚕后部丝腺中表达。后部丝腺免疫荧光结果显示目标蛋白成功在家蚕后部丝腺表达并分泌到丝腺腔中。茧丝Western blot结果显示目标蛋白成功掺入蚕丝中。对转基因品系家蚕的丝腺和蚕茧的表型观察结果显示:3个融合重组蛋白对丝腺发育,蚕茧大小、茧形、颜色均没有明显影响。但AFP和HSP会使转基因蚕茧横切面出现疏松多孔现象,最后3个融合重组蛋白对茧层率和茧丝平均直径也没有明显影响。力学性能测试结果显示:AFP和HSP转基因蚕丝的力学性能得到全面性的提高,CRP蚕丝的力学性能提高不明显,蚕丝综合力学性能高低顺序依次为:AFP>HSP>CRP>D9L。3个转基因品系蚕丝的动态力学性能储能模量-温度曲线比较结果显示,转基因蚕丝无定型区分子紧密程度都低于对照D9L;由于HSP分子量最大,所以它的无定型区分子紧密程度最低。损耗因子-温度曲线图显示转基因蚕丝的Tβ1和Tβ2两个低温相变损耗峰向高温区域移动了,说明转基因蚕丝无定型区域结合水的能力得到增强;损耗因子-温度曲线图显示转基因蚕丝比D9L蚕丝多出一个TβX的相变损耗峰,我们推测这是外源融合蛋白与丝蛋白之间相互作用引起的;另外,转基因蚕丝的主相变损耗峰Tg2（玻璃化转变温度）向高温区域偏移,这说明转基因蚕丝的无定型区整体分子链的活动性都受到重组融合蛋白的交联影响,分子链之间的相互作用得到加强。可以肯定,融合重组蛋白掺入到转基因蚕丝无定型区,影响蚕丝动态力学性能。同步辐射傅里叶变换红外光谱检测结果显示3个转基因品系蚕丝的β-折叠含量都得到提高,含量高低顺序依次为AFP>HSP>CRP>D9L,这与力学性能性能结果一致。同步辐射广角X-射线衍射测试结果显示:3个转基因品系蚕丝的结晶度都得到提高,含量高低顺序依次为AFP>HSP>CRP>D9L,这与FTIR结果和力学性能性能结果一致;3个转基因品系蚕丝的晶粒尺寸都变小,大小顺序依次为D9L>CRP>HSP>AFP;3个转基因品系蚕丝的取向因子都变小,大小顺序依次为D9L>CRP>HSP>AFP。AFP和HSP力学性能显着提高的原因要归结为:结晶度增加、晶粒细化、取向因子小幅减小、再加上融合重组蛋白的交联作用。
二、Molecular Fundaments of Mechanical Properties of Spider Silk（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Molecular Fundaments of Mechanical Properties of Spider Silk（论文提纲范文）
（1）人造蜘蛛丝与仿蜘蛛丝纤维的研究进展（论文提纲范文）
| 1 蜘蛛丝的分类 |
| 2 蜘蛛丝的结构 |
| 2.1 一级结构 |
| 2.2 二级结构 |
| 3 人造蜘蛛丝合成方法 |
| 3.1 基于重组蛛丝蛋白的人造蜘蛛丝 |
| 3.2 基于多肽材料的人造蜘蛛丝 |
| 4 仿蜘蛛丝纤维的研发 |
| 4.1 基于聚合物材料的仿蜘蛛丝纤维 |
| 4.2 基于碳纳米管材料的仿蜘蛛丝纤维 |
| 5 结束语 |
（2）蓖麻油基功能聚酰胺制备及其仿生弹性体研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 植物油概述 |
| 1.1.1 植物油简介 |
| 1.1.2 蓖麻油简介 |
| 1.1.3 蓖麻油在工业中的应用 |
| 1.1.4 蓖麻油基高分子 |
| 1.2 长链脂肪族聚酰胺概述 |
| 1.2.1 聚酰胺简介 |
| 1.2.2 生物质聚酰胺 |
| 1.2.3 蓖麻油基聚酰胺 |
| 1.2.4 聚酰胺弹性体 |
| 1.3 弹性体 |
| 1.3.1 弹性体简介 |
| 1.3.2 生物质弹性体简介 |
| 1.3.3 生物质弹性体的发展 |
| 1.3.4 生物质仿生弹性体 |
| 1.4 本课题研究内容及意义 |
| 1.4.1 研究目的与意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 技术路线 |
| 第二章 高强度长链聚酰胺弹性体的制备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 试验材料与方法 |
| 2.2.1 试验原料 |
| 2.2.2 试验器材 |
| 2.2.3 制备羟基侧基功能聚酰胺单体(UDA) |
| 2.2.4 制备BUDA |
| 2.2.5 蓖麻油基功能聚酰胺 |
| 2.2.6 聚酰胺薄膜的制备 |
| 2.2.7 制备高强度弹性体(u Es) |
| 2.2.8 结晶度计算 |
| 2.2.9 试验表征 |
| 2.3 结果与分析 |
| 2.3.1 长链功能聚酰胺的合成 |
| 2.3.2 长链功能聚酰胺的热学性能 |
| 2.3.3 长链功能聚酰胺的微观结构和超分子氢键 |
| 2.3.4 高强度弹性体的制备 |
| 2.3.5 长链功能聚酰胺的AIE效应 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 蓖麻油基功能聚酰胺及其耐低温纤维的高效制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 试验材料及方法 |
| 3.2.1 试验原料 |
| 3.2.2 试验器材 |
| 3.2.3 制备羟基侧基功能聚酰胺单体(UDA) |
| 3.2.4 制备酯基侧基功能聚酰胺单体(AUDA,BUDA,IBUDA,PUDA) |
| 3.2.5 ACUDA的合成 |
| 3.2.6 IMUDA的合成 |
| 3.2.7 制备蓖麻油基功能聚酰胺 |
| 3.2.8 制备功能共聚聚酰胺 |
| 3.2.9 利用熔融纺丝制备丝仿生纤维 |
| 3.2.10 试验表征 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 羟基侧基功能聚酰胺单体(UDA)的合成与表征 |
| 3.3.2 酯基侧基功能聚酰胺单体(AUDA、BUDA、IBUDA、PUDA)的合成与表征 |
| 3.3.3 蓖麻油基功能聚酰胺(PAUDA、PBUDA、PIBUDA、PPUDA)的合成与表征 |
| 3.3.4 蓖麻油基功能聚酰胺的热学性能 |
| 3.3.5 蓖麻油基功能聚酰胺的机械性能 |
| 3.3.6 蓖麻油基共聚聚酰胺的制备 |
| 3.3.7 蓖麻油基共聚聚酰胺的热学性能 |
| 3.3.8 蓖麻油基共聚聚酰胺的机械性能 |
| 3.3.9 人造纤维的制备 |
| 3.3.10 人造纤维的机械性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 具有多层能量耗散结构的高性能人造纤维的制备 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验材料与方法 |
| 4.2.1 试验原料 |
| 4.2.2 试验器材 |
| 4.2.3 UDA的合成 |
| 4.2.4 AUDA的合成 |
| 4.2.5 功能聚酰胺的合成 |
| 4.2.6 金属配位功能聚酰胺的制备 |
| 4.2.7 人造纤维的制备 |
| 4.2.8 结晶度计算 |
| 4.2.9 试验表征 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 单体制备与表征 |
| 4.3.2 功能聚酰胺制备与表征 |
| 4.3.3 功能聚酰胺的热学性能 |
| 4.3.4 功能聚酰胺的机械性能 |
| 4.3.5 金属配位功能聚酰胺的制备 |
| 4.3.6 金属配位功能聚酰胺的热稳定性 |
| 4.3.7 金属配位功能聚酰胺的热学性能 |
| 4.3.8 金属配位功能聚酰胺的微结构 |
| 4.3.9 金属配位功能聚酰胺薄膜的机械性能 |
| 4.3.10 人造纤维的制备 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 具有聚集诱导发光(AIE)效应的蓖麻油基聚醚酰胺 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 试验材料及方法 |
| 5.2.1 试验原料 |
| 5.2.2 试验器材 |
| 5.2.3 UDA的合成 |
| 5.2.4 AUDA的合成 |
| 5.2.5 荧光纳米颗粒的制备 |
| 5.2.6 制备AIE检测样品 |
| 5.2.7 试验表征 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 UDA、AUDA的荧光特性 |
| 5.3.2 PAUDA的荧光特性 |
| 5.3.3 PAUDA荧光纳米球(FNPS)的制备及表征 |
| 5.3.4 PAUDA荧光纳米球(FNPS)的荧光特性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（3）生物改性蚕丝的外源蛛丝蛋白追踪及丝性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 蚕丝纤维 |
| 1.1.1 蚕丝纤维的组成与结构 |
| 1.1.2 蚕丝纤维的性能 |
| 1.1.3 蚕丝纤维的应用 |
| 1.1.4 蚕丝纤维及织物的不足 |
| 1.2 蜘蛛丝纤维 |
| 1.2.1 蜘蛛丝纤维的种类和结构 |
| 1.2.2 蜘蛛丝纤维的应用和不足 |
| 1.3 蚕丝改性 |
| 1.3.1 蚕丝改性目的 |
| 1.3.2 蚕丝改性方法 |
| 1.4 家蚕转基因技术 |
| 1.4.1 家蚕转基因主要进展 |
| 1.4.2 外源基因导入手段 |
| 1.4.3 转基因家蚕存在的不足 |
| 1.5 转基因家蚕的遗传稳定性 |
| 1.5.1 转座子载体与遗传稳定性 |
| 1.5.2 家蚕转座子类似序列与遗传稳定性 |
| 第2章 引言 |
| 2.1 研究目的和意义 |
| 2.2 研究内容 |
| 2.3 技术路线 |
| 第3章 生物改性家蚕的遗传稳定性 |
| 3.1 材料与仪器 |
| 3.1.1 实验材料 |
| 3.1.2 实验试剂 |
| 3.1.3 实验仪器 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 家蚕饲养和家蚕基因组DNA的提取 |
| 3.2.2 PCR扩增反应及产物回收 |
| 3.2.3 PCR产物连接反应和细胞转化 |
| 3.2.4 阳性克隆筛选和质粒提取 |
| 3.2.5 提取丝胶和丝素 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 RES和 WES个体中报告基因的表达情况 |
| 3.3.2 RES和 WES个体中转座子和外源基因的存在情况 |
| 3.3.3 RES和 WES个体蚕丝蛋白的氨基酸组成分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 生物改性家蚕的生长发育和茧丝性能 |
| 4.1 材料与仪器 |
| 4.1.1 实验材料 |
| 4.1.2 实验仪器 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 家蚕个体生长记录和蚕茧质量调查 |
| 4.2.2 纤维的SEM表面形貌观察 |
| 4.2.3 纤维拉伸试验 |
| 4.2.4 傅里叶红外光谱和XRD检测 |
| 4.2.5 热稳定性能测试 |
| 4.2.6 抗紫外线性能测试 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 RES和 WES家蚕生长发育情况和蚕茧质量 |
| 4.3.2 RES和 WES蚕丝纤维外观形貌 |
| 4.3.3 RES和 WES蚕丝纤维的力学性能 |
| 4.3.4 RES和 WES蚕丝纤维二级结构及结晶度 |
| 4.3.5 RES和 WES蚕丝纤维的热稳定性 |
| 4.3.6 RES和 WES蚕丝纤维的抗紫外线性能 |
| 4.4 小结 |
| 5章 生物改性蚕丝的再生蛋白膜 |
| 5.1 材料与仪器 |
| 5.1.1 实验材料 |
| 5.1.2 实验仪器 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 蛋白膜的制作和SEM表面形貌观察 |
| 5.2.2 蛋白膜的拉伸试验 |
| 5.2.3 蛋白膜的傅里叶红外光谱和XRD检测 |
| 5.2.4 蛋白膜热重(TGA)检测 |
| 5.2.5 蛋白膜的透光率检测 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 RES和 WES丝蛋白膜的外观形貌 |
| 5.3.2 RES和 WES丝蛋白膜的力学性能 |
| 5.3.3 RES和 WES丝蛋白膜的二级结构 |
| 5.3.4 RES和 WES丝蛋白膜的热稳定性能 |
| 5.3.5 RES和 WES丝蛋白膜的透光率 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 缩略词表 |
| 测序附图 |
| 致谢 |
| 在读期间发表论文及参研课题情况 |
（4）含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的特色性能及其再生膜材料研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 蜘蛛丝的综述 |
| 1.1.1 蜘蛛丝的结构 |
| 1.1.2 蜘蛛丝的性能 |
| 1.1.3 蜘蛛丝的应用 |
| 1.2 人造蜘蛛丝的研究现状 |
| 1.2.1 微生物合成 |
| 1.2.2 植物中合成 |
| 1.2.3 动物中合成 |
| 1.2.4 转基因家蚕中取得 |
| 1.3 本研究的研究意义及内容 |
| 1.3.1 本研究的研究意义 |
| 1.3.2 本研究的研究内容 |
| 第2章 含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的形态结构和理化性能分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验材料及试剂 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.2.3 实验方法 |
| 2.3 结果与分析 |
| 2.3.1 外观形貌特点 |
| 2.3.2 氨基酸组成分析 |
| 2.3.3 红外光谱分析 |
| 2.3.4 X-射线衍射分析 |
| 2.3.5 力学性能分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的耐紫外辐照性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验材料及试剂 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.2.3 实验方法 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 外观形貌特点 |
| 3.3.2 红外光谱分析 |
| 3.3.3 X-射线衍射分析 |
| 3.3.4 力学性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝再生膜材料的结构与性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验材料及试剂 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.2.3 实验方法 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 扫描电镜观察 |
| 4.3.2 红外光谱分析 |
| 4.3.3 X-射线衍射分析 |
| 4.3.4 热性能分析 |
| 4.3.5 力学性能分析 |
| 4.3.6 水蒸气透过率分析 |
| 4.3.7 水中溶失率分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 在校期间所发表的文章及参研课题情况 |
| 致谢 |
（5）丝素蛋白/纳米纤维素仿生纤维的制备、结构与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 文献综述 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 蜘蛛丝 |
| 1.2.1 蜘蛛丝分类 |
| 1.2.2 蜘蛛丝的组成 |
| 1.2.3 蜘蛛丝的结构 |
| 1.2.4 蜘蛛腺体结构与纺丝机理 |
| 1.3 蚕丝 |
| 1.3.1 蚕丝的结构 |
| 1.3.2 蚕的腺体结构 |
| 1.3.3 蚕的纺丝机理 |
| 1.4 蚕丝和蜘蛛丝的仿生纺丝方法研究进展 |
| 1.4.1 再生丝素蛋白溶液的湿法纺丝 |
| 1.4.2 再生丝素蛋白溶液的静电纺丝 |
| 1.4.3 再生丝素蛋白溶液的干法纺丝 |
| 1.4.4 利用重组蜘蛛丝蛋白仿生纺丝研究进展 |
| 1.4.5 微流体技术在仿生纺丝中的研究现状 |
| 1.4.6 再生丝素蛋白纤维共混增强增韧研究进展 |
| 1.4.7 纤维素纳米纤维的结构与性质 |
| 1.5 再生丝素蛋白纤维在生物光纤的应用 |
| 1.6 本论文的研究内容和研究意义 |
| 1.6.1 研究内容 |
| 1.6.2 论文的创新点及研究意义 |
| 参考文献 |
| 第2章 高浓度丝素蛋白/CNF混合液结构和性能的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验原料及实验设备 |
| 2.2.1 实验原料 |
| 2.2.2 实验设备 |
| 2.3 实验部分 |
| 2.3.1 RSF水溶液的制备 |
| 2.3.2 CNF悬浮液的制备 |
| 2.3.3 RSF/CNF混合液的制备 |
| 2.3.4 CNF尺寸测试 |
| 2.3.5 CNF悬浮液氧化度测定 |
| 2.3.6 CNF悬浮液表面电势测定 |
| 2.3.7 RSF/CNF混合液的流变性能测试 |
| 2.3.8 RSF/CNF混合液的SAXS测试 |
| 2.3.9 RSF/CNF混合液的稳定性测试 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 CNF的尺寸分析 |
| 2.4.2 CNF的氧化度分析 |
| 2.4.3 RSF/CNF混合液的流变性能 |
| 2.4.4 剪切场下RSF/CNF混合液的聚集态结构 |
| 2.4.5 RSF/CNF混合液的稳定性 |
| 2.4.6 RSF与 CNF分子间作用机理 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 微流体芯片中丝素蛋白/CNF混合液结构的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验原料及实验设备 |
| 3.2.1 实验原料 |
| 3.2.2 实验设备 |
| 3.3 实验部分 |
| 3.3.1 RSF/CNF混合液的制备 |
| 3.3.2 光固化打印用于SAXS测试的微通道 |
| 3.3.3 RSF/CNF混合液的SAXS测试 |
| 3.3.4 RSF/CNF混合液的红外测试 |
| 3.3.5 RSF/CNF混合液的FEMs |
| 3.3.6 RSF/CNF混合液的偏光测试 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 RSF/CNF混合液的有序参数 |
| 3.4.2 微通道有限元模拟分析 |
| 3.4.3 微通道中RSF/CNF混合液结构模型的建立 |
| 3.4.4 流速对RSF/CNF混合液取向度的影响 |
| 3.4.5 微通道中RSF/CNF混合液的偏光现象 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 丝素蛋白/CNF干纺复合纤维的制备、结构与性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验原料及实验设备 |
| 4.2.1 实验原料 |
| 4.2.2 实验设备 |
| 4.3 实验部分 |
| 4.3.1 微流体芯片的制备 |
| 4.3.2 RSF/CNF干法纺丝液的制备 |
| 4.3.3 RSF/CNF混合液的干法纺丝及后处理 |
| 4.3.4 RSF/CNF干纺复合纤维的力学性能测试 |
| 4.3.5 RSF/CNF干纺复合纤维的表面形貌 |
| 4.3.6 RSF/CNF干纺复合纤维的红外测试 |
| 4.3.7 RSF/CNF干纺复合纤维的WAXD测试 |
| 4.3.8 RSF/CNF干纺复合纤维的SAXS测试 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 CNF含量对RSF/CNF干纺复合纤维形貌与力学性能的影响 |
| 4.4.2 CNF含量对丝素蛋白二级结构的影响 |
| 4.4.3 CNF含量对干纺复合纤维结晶结构的影响 |
| 4.4.4 CNF对 RSF干纺复合纤维相界面结构的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 丝素蛋白/CNF湿纺复合纤维的制备及其在生物光纤中的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验原料及实验设备 |
| 5.2.1 实验原料 |
| 5.2.2 实验设备 |
| 5.3 实验部分 |
| 5.3.1 RSF/CNF纺丝液的湿法纺丝 |
| 5.3.2 RSF/CNF湿纺复合纤维表面形貌与力学性能测试 |
| 5.3.3 RSF/CNF湿纺复合纤维光损耗性能测试 |
| 5.3.4 RSF/CNF湿纺复合纤维的传声速度与可编织性测试 |
| 5.3.5 RSF/CNF湿纺复合纤维的结构性能测试 |
| 5.3.6 RSF/CNF蚕丝支架的生物相容性及降解性能测试 |
| 5.3.7 RSF/CNF生物光纤光动力治疗肿瘤 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 RSF/CNF湿纺复合纤维的形貌与力学性能 |
| 5.4.2 RSF/CNF湿纺复合纤维的光损耗 |
| 5.4.3 RSF/CNF湿纺复合纤维的传声速度与可编织性能 |
| 5.4.4 CNF含量对纤维结构的影响 |
| 5.4.5 RSF/CNF蚕丝支架上的生物相容性 |
| 5.4.6 RSF/CNF湿纺复合纤维的降解性能 |
| 5.4.7 RSF/CNF生物光纤光动力治疗肿瘤 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录一 RSF/CNF湿法纺丝条件研究 |
| 附录二 攻读博士学位期间发表的论文及专利 |
| 致谢 |
（6）蝶类与蛾类昆虫丝及丝蛋白的比较研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 概述 |
| 1.2 天然动物丝的相关研究 |
| 1.2.1 蜘蛛丝 |
| 1.2.2 家蚕丝 |
| 1.2.3 其他鳞翅目昆虫丝 |
| 1.3 动物丝的多层级结构 |
| 1.4 动物丝的材料学研究 |
| 1.4.1 动物丝的结构与性能 |
| 1.4.2 力学性能研究方法 |
| 1.4.3 二级结构研究方法 |
| 1.5 丝蛋白的人工合成 |
| 1.5.1 化学模拟合成法 |
| 1.5.2 生物模拟合成法 |
| 1.6 人工仿生纺丝 |
| 第二章 引言 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 研究目的与意义 |
| 2.3 拟解决的科学问题与主要研究内容 |
| 2.4 技术路线 |
| 第三章 蝴蝶的泌丝现象与蝴蝶的丝 |
| 3.1 材料方法 |
| 3.1.1 实验材料 |
| 3.1.2 主要试剂、耗材与仪器 |
| 3.1.3 蝴蝶幼虫及蝴蝶丝的收集 |
| 3.1.4 蝴蝶丝的形态特征观察 |
| 3.1.5 丝的截面切片 |
| 3.1.6 丝的等效直径计算 |
| 3.2 结果与分析 |
| 3.2.1 蝴蝶泌丝现象的研究与分析 |
| 3.2.2 丝垫和臀棘 |
| 3.2.3 缢蛹的缢丝 |
| 3.2.4 蝶类昆虫的丝 |
| 3.3 结论与讨论 |
| 3.3.1 蝶类昆虫在幼虫期存在泌丝现象 |
| 3.3.2 蝶类昆虫蛹的臀棘、丝垫和缢丝 |
| 3.3.3 蝶类昆虫的丝 |
| 第四章 鳞翅目昆虫丝的差异比较 |
| 4.1 材料方法 |
| 4.1.1 实验材料 |
| 4.1.2 主要试剂、耗材与仪器 |
| 4.1.3 鳞翅目昆虫茧和丝的收集 |
| 4.1.4 鳞翅目昆虫茧和丝的形态特征观察 |
| 4.1.5 丝的力学性能测试 |
| 4.1.6 傅里叶转换红外光谱(FTIR)检测 |
| 4.2 结果与分析 |
| 4.2.1 鳞翅目昆虫茧的收集 |
| 4.2.2 鳞翅目昆虫丝的力学性能检测 |
| 4.2.3 傅里叶转换红外光谱测量(FTIR) |
| 4.3 结论与讨论 |
| 4.3.1 鳞翅目昆虫茧和丝的形态差异分析 |
| 4.3.2 鳞翅目昆虫丝的力学性能差异分析 |
| 4.3.3 鳞翅目昆虫丝的二级结构差异分析 |
| 4.3.4 鳞翅目昆虫丝性能与结构差异的原因 |
| 第五章 鳞翅目昆虫丝素重链蛋白的真核表达与人工纺丝 |
| 5.1 材料方法 |
| 5.1.1 实验材料 |
| 5.1.2 主要试剂、耗材与仪器 |
| 5.1.3 主要溶液配制 |
| 5.2 实验方法与步骤 |
| 5.2.1 鳞翅目昆虫丝素重链蛋白序列的选取与基因合成 |
| 5.2.2 重组丝素蛋白的酵母表达与纯化 |
| 5.2.3 湿法纺丝装置制作与湿法纺丝 |
| 5.2.4 形态、结构表征与力学性能检测 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 丝素重链重组蛋白生物信息分析 |
| 5.3.2 丝素重链重组蛋白的真核表达 |
| 5.3.3 丝素重链重组蛋白的人工纺丝及检测 |
| 5.4 结论与讨论 |
| 5.4.1 鳞翅目昆虫丝素重链重组蛋白表达平台 |
| 5.4.2 重组蛋白人工纺丝实验平台 |
| 5.4.3 蛋白纤维材料的序列-结构-性能关系分析模型 |
| 第六章 综合与结论 |
| 6.1 蝴蝶的泌丝现象与蝴蝶的丝 |
| 6.2 鳞翅目昆虫丝的差异比较 |
| 6.3 鳞翅目昆虫丝素重链重组蛋白的真核表达与人工纺丝 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 发表论文及参研课题 |
| 致谢 |
（7）三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 蜘蛛和蜘蛛丝简介 |
| 1.2.1 大壶腹状腺丝(Major ampullate silk) |
| 1.2.2 小壶腹状腺丝(Minor ampullate silk) |
| 1.2.3 鞭毛状腺丝(Flagelliform silk) |
| 1.2.4 管状腺丝(Tubuliform silk) |
| 1.2.5 葡萄状腺丝(Aciniform silk) |
| 1.2.6 聚状腺丝(Aggregate spider silk) |
| 1.2.7 梨状腺丝(Pyriform silk) |
| 1.3 天然蛛丝的特性 |
| 1.3.1 蜘蛛丝的超收缩性 |
| 1.3.2 蜘蛛丝的记忆性 |
| 1.3.3 蜘蛛丝的高热导率 |
| 1.3.4 蜘蛛丝的生物相容性 |
| 1.4 天然蛛丝成丝机理 |
| 1.5 长片段基因克隆的获取策略 |
| 1.5.1 构建文库 |
| 1.5.2 PCR技术 |
| 1.6 蛋白结构对力学性能的影响 |
| 1.7 蛛丝的仿生纺丝 |
| 1.8 本工作的研究内容及意义 |
| 1.8.1 研究意义 |
| 1.8.2 研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 A.ventricosus TuSp1全长基因克隆及序列分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料方法 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 主要仪器与设备 |
| 2.2.3 培养基和常用试剂的配制 |
| 2.2.4 感受态细胞制备 |
| 2.2.5 TdT酶加dCTP反应 |
| 2.2.6 PCR产物回收 |
| 2.2.7 连接反应 |
| 2.2.8 热激法转化 |
| 2.2.9 基因组DNA提取 |
| 2.2.10 设计简并引物 |
| 2.2.11 设计重复区引物 |
| 2.2.12 大腹园蛛TuSp1基因NT端和CT端片段的简并PCR |
| 2.2.13 大腹园蛛TuSp1基因NT端和CT端片段的锚定PCR |
| 2.2.14 大腹园蛛TuSp1基因全长的克隆 |
| 2.2.15 大腹园蛛TuSp1基因的生物信息学分析 |
| 2.3 实验结果 |
| 2.3.1 基因组DNA凝胶电泳 |
| 2.3.2 简并PCR产物凝胶电泳 |
| 2.3.3 锚定PCR产物测序与分析 |
| 2.3.4 长距离PCR产物凝胶电泳 |
| 2.3.5 大腹园蛛TuSp1基因测序结果 |
| 2.3.6 大腹园蛛TuSp1基因的生物信息学分析 |
| 2.4 讨论 |
| 2.5 结语 |
| 参考文献 |
| 第3章 重组TuSp1蛋白的表达及纺丝 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料方法 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 主要仪器与设备 |
| 3.2.3 培养基和常用试剂的配制 |
| 3.2.4 Mini-TuSp1克隆构建 |
| 3.2.5 Mini-TuSp1蛋白表达检测 |
| 3.2.6 Mini-TuSp1蛋白表达纯化 |
| 3.2.7 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳及考马斯亮蓝染色检测 |
| 3.2.8 Western blot |
| 3.2.9 蛋白浓缩 |
| 3.2.10 CD测试 |
| 3.2.11 湿法纺丝 |
| 3.2.12 傅里叶红外光谱测试 |
| 3.2.13 扫描电镜观察 |
| 3.2.14 纤维力学性能测试 |
| 3.3 实验结果 |
| 3.3.1 Mini-TuSp1克隆鉴定 |
| 3.3.2 Mini-TuSp1蛋白可溶性分析 |
| 3.3.3 Mini-TuSp1纯化条件探究 |
| 3.3.4 CD结果分析 |
| 3.3.5 傅里叶显微红外光谱结果分析 |
| 3.3.6 天然管状腺丝及仿生丝纤维的SEM |
| 3.3.7 纤维力学测试 |
| 3.4 讨论 |
| 3.5 结语 |
| 参考文献 |
| 第4章 A.ventricosus AcSp1全长基因克隆及序列分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料方法 |
| 4.2.1 实验材料及仪器 |
| 4.2.2 AcSp1-A.v简并PCR |
| 4.2.3 AcSp1-A.v基因全长的克隆 |
| 4.2.4 AcSp1-A.v基因生物信息学分析 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.3.1 AcSp1-A.v全长基因克隆 |
| 4.3.2 AcSp1-A.v信号肽预测 |
| 4.3.3 AcSp1-A.v全长序列分析 |
| 4.3.4 氨基酸组分分析 |
| 4.3.5 密码子分析 |
| 4.3.6 二级结构预测 |
| 4.3.7 疏水性预测 |
| 4.3.8 NT端和CT端序列对比 |
| 4.3.9 重复区比对 |
| 4.3.10 三级结构预测 |
| 4.3.11 同源性分析 |
| 4.4 讨论 |
| 4.5 结语 |
| 参考文献 |
| 第5章 A.ventricosus AcSp2全长基因克隆及序列分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 材料方法 |
| 5.2.1 实验材料及仪器 |
| 5.2.2 RNA提取 |
| 5.2.3 cDNA合成及简并PCR |
| 5.2.4 AcSp2-A.v全长基因的克隆 |
| 5.2.5 AcSp2-A.v序列分析 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.3.1 AcSp2-A.v信号肽预测 |
| 5.3.2 AcSp2-A.v氨基酸序列分析 |
| 5.3.3 AcSp2-A.v二级结构预测 |
| 5.3.4 AcSp2-A.v疏水性预测 |
| 5.3.5 AcSp2-A.v三级结构预测 |
| 5.3.6 AcSp2-A.v同源性分析 |
| 5.4 讨论 |
| 5.5 结语 |
| 参考文献 |
| 第6章 AcSp2重组蛋白的克隆表达及成丝研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 材料方法 |
| 6.2.1 实验材料及仪器 |
| 6.2.2 Mini-AcSp2克隆构建 |
| 6.2.3 Mini-AcSp2克隆表达 |
| 6.2.4 圆二色谱(CD)分析 |
| 6.2.5 湿法纺丝 |
| 6.2.6 傅里叶变换红外光谱分析 |
| 6.2.7 扫描电镜(SEM)观察 |
| 6.2.8 力学性能的测定 |
| 6.3 实验结果 |
| 6.3.1 Mini-AcSp2克隆 |
| 6.3.2 Mini-AcSp2蛋白表达 |
| 6.3.3 Mini-AcSp2CD分析 |
| 6.3.4 Mini-AcSp2纤维的表征 |
| 6.3.5 Mini-AcSp2的FTIR光谱 |
| 6.3.6 Mini-AcSp2的力学性能 |
| 6.4 讨论 |
| 6.5 结语 |
| 参考文献 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（8）大腹园蛛PySp基因多样性和MaSp1可变剪接体研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 蛛丝基因的多样性 |
| 1.3 可变剪接现象 |
| 1.4 蛛网的附着盘结构 |
| 1.5 重组蛛丝蛋白的表达策略 |
| 1.6 重组蛛丝蛋白的应用 |
| 1.7 密码子用法偏性分析 |
| 1.8 本论文的研究意义及内容简介 |
| 1.8.1 研究意义 |
| 1.8.2 研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 梨状腺丝蛋白PySp1全长基因克隆及序列分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料方法 |
| 2.2.1 药品与试剂 |
| 2.2.2 培养基和常用试剂的配制 |
| 2.2.3 感受态细胞制备 |
| 2.2.4 基因组DNA提取 |
| 2.2.5 设计简并PCR引物 |
| 2.2.6 简并PCR |
| 2.2.7 锚定PCR |
| 2.2.8 大腹园蛛PySp1基因全长的克隆 |
| 2.2.9 大腹园蛛PySp1基因序列分析 |
| 2.3 实验结果 |
| 2.3.1 基因组DNA提取 |
| 2.3.2 PySp1氨基酸序列分析结果 |
| 2.3.3 二级结构预测 |
| 2.3.4 疏水性预测 |
| 2.3.5 氨基酸含量分析结果 |
| 2.3.6 密码子分析结果 |
| 2.3.7 蛛丝蛋白序列对比 |
| 2.3.8 同源性分析 |
| 2.4 讨论 |
| 参考文献 |
| 第3章 新型梨状腺丝PySp2的克隆及分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料方法 |
| 3.2.1 试剂与仪器 |
| 3.2.2 培养基和常用试剂的配制 |
| 3.2.3 PySp2-A.v全长基因克隆 |
| 3.2.4 PySp2-A.v基因序列分析 |
| 3.2.5 PySp2-R1B基因的构建、表达和纯化 |
| 3.2.6 圆二色谱(CD)测试 |
| 3.2.7 丝纤维制备 |
| 3.2.8 扫描电镜观察 |
| 3.3 实验结果 |
| 3.3.1 PySp2-A.v全长基因测序结果 |
| 3.3.2 氨基酸序列比对 |
| 3.3.3 PySp2-A.v的疏水性预测 |
| 3.3.4 PySp2-A.v二级结构预测 |
| 3.3.5 PySp2-A.v氨基酸和密码子使用分析 |
| 3.3.6 同源性分析 |
| 3.3.7 PySp2-R1B表达纯化 |
| 3.3.8 PySp2-R1B蛋白CD结果分析 |
| 3.3.9 天然附着盘及PySp2-R1B丝纤维的SEM |
| 3.4 讨论 |
| 参考文献 |
| 第4章 MaSp1A.v两个可变剪接体的表达及linker功能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料方法 |
| 4.2.1 试剂与仪器 |
| 4.2.2 大腹园蛛MaSp1 可变剪接体的RT-PCR |
| 4.2.3 MaSp1-A.v可变剪接体及linker克隆构建 |
| 4.2.4 蛋白纯化 |
| 4.2.5 圆二色谱分析 |
| 4.2.6 MaSp1-A.v可变剪接体生物信息学分析 |
| 4.2.7 MaSp1-A.v可变剪接体蛋白纺丝 |
| 4.2.8 扫描电子显微镜观察 |
| 4.2.9 傅里叶变换红外光谱分析 |
| 4.2.10 力学分析 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.3.1 MaSp1-A.v可变剪接体克隆构建及测序结果 |
| 4.3.2 MaSp1-A.v可变剪接体序列分析 |
| 4.3.3 可变剪接体蛋白的二聚化 |
| 4.3.4 可变剪接体蛋白CD分析结果 |
| 4.3.5 丝纤维及水凝胶SEM表征 |
| 4.3.6 丝纤维及水凝胶FTIR表征 |
| 4.3.7 力学性能预测 |
| 4.4 讨论 |
| 参考文献 |
| 第5章 A.ventricosus转录组测序分析及密码子分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 材料方法 |
| 5.2.1 蜘蛛采集 |
| 5.2.2 基因组数据 |
| 5.2.3 转录组测序流程 |
| 5.2.4 转录组测序数据提取和过滤 |
| 5.2.5 大腹园蛛转录组基因功能注释 |
| 5.2.6 密码子使用偏好性分析 |
| 5.2.7 高表达最优密码子确定 |
| 5.2.8 密码子使用模式比较 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.3.1 转录组测序结果 |
| 5.3.2 密码子分析结果 |
| 5.4 讨论 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
| 附录Ⅰ 进化树中的物种名全称及其在NCBI的登录号 |
| 附录Ⅱ 蛋白纯化步骤 |
| 附录Ⅲ Ni柱重生步骤 |
| 附录Ⅳ 符号说明 |
（10）高性能蚕丝结构解析和素材创新（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 蚕丝的多层次结构体系 |
| 1.1.1 蚕丝蛋白的合成与分泌 |
| 1.1.2 蚕丝蛋白的一级结构特征 |
| 1.1.3 蚕丝蛋白的二级结构特征 |
| 1.1.4 蚕丝纤维的多层次结构特征 |
| 1.1.5 蚕丝的皮芯结构 |
| 1.2 蚕丝纤维的结构与性能 |
| 1.2.1 不同结构与力学性能之间的关系 |
| 1.2.2 蚕丝的力学性能特征 |
| 1.3 蚕丝的材料学研究方法 |
| 1.3.1 蚕丝静态力学性测试方法 |
| 1.3.2 动态热机械分析(DMTA) |
| 1.3.3 傅里叶转换红外光谱(FTIR) |
| 1.3.4 广角X-射线衍射(WAXD) |
| 1.4 蚕丝改性研究 |
| 1.4.1 蚕丝改性研究现状 |
| 1.4.2 向自然学习 |
| 第二章 引言 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 研究目的和意义 |
| 2.3 科学问题和主要内容 |
| 2.4 技术路线 |
| 第三章 弯曲处理对新生蚕丝结构性能的影响 |
| 3.1 材料和方法 |
| 3.1.1 实验材料和主要仪器 |
| 3.1.2 不同弯曲角度蚕丝的收取 |
| 3.1.3 蚕丝单丝表面、横截面形态观察和等效直径测量 |
| 3.1.4 力学性能测试 |
| 3.1.5 同步辐射傅里叶转换红外光谱(FTIR) |
| 3.1.6 同步辐射广角X-射线衍射(WAXD) |
| 3.1.7 新生蚕丝自然弯曲角度调查 |
| 3.2 结果与分析 |
| 3.2.1 蚕丝单丝表面、横截面观察和等效直径测量 |
| 3.2.2 力学性能测试 |
| 3.2.3 同步辐射傅里叶转换红外光谱(FTIR) |
| 3.2.4 同步辐射广角X-射线衍射(WAXD) |
| 3.2.5 家蚕吐丝时,新生蚕丝自然弯曲角度 |
| 3.3 讨论与结论 |
| 3.3.1 弯曲处理影响新生蚕丝结构性能的机理探讨 |
| 3.3.2 家蚕吐丝行为分析 |
| 3.3.3 对研发新材料的启发 |
| 第四章 家蚕各时期蚕丝的结构和力学性能 |
| 4.1 材料和方法 |
| 4.1.1 实验材料 |
| 4.1.2 主要试剂和仪器 |
| 4.1.3 蚕丝收集和样品制备 |
| 4.1.4 蚕丝宏观、微观形态观察及等效直径计算 |
| 4.1.5 力学性能测试 |
| 4.1.6 衰减全反射傅里叶转换红外光谱测量(ATR-FTIR) |
| 4.1.7 广角X-射线衍射实验(XRD) |
| 4.1.8 液相色谱-串联质谱分析(LC- MS/MS) |
| 4.2 结果与分析 |
| 4.2.1 电镜观察及直径测量 |
| 4.2.2 力学性能测试 |
| 4.2.3 衰减全反射傅里叶转换红外光谱测量(ATR-FTIR) |
| 4.2.5 广角X-射线衍射(XRD) |
| 4.2.6 液相色谱-串联质谱分析(LC- MS/MS) |
| 4.3 讨论与结论 |
| 4.3.1 各龄期蚕丝形态差异和丝素丝胶含量分析 |
| 4.3.2 各龄期蚕丝生物学功能 |
| 4.3.3 IV-E silk与茧丝多层次结构比较 |
| 4.3.4 对创制高性能蚕丝材料的启发 |
| 第五章 利用转基因技术创制高性能蚕丝材料 |
| 5.1 材料和方法 |
| 5.1.1 实验材料 |
| 5.1.2 主要试剂和仪器 |
| 5.1.3 实验试剂配制 |
| 5.1.4 转基因载体的设计与构建 |
| 5.1.5 转基因家蚕的显微注射和阳性个体的筛选 |
| 5.1.6 转基因家蚕的分子检测 |
| 5.1.7 转基因家蚕蚕茧和单丝的形态观察 |
| 5.1.8 转基因蚕丝的力学性能测试 |
| 5.1.9 同步辐射傅里叶转换红外光谱(FTIR) |
| 5.1.10 广角X-射线衍射(WAXD) |
| 5.1.11 动态热力学性能分析 |
| 5.2 结果与分析 |
| 5.2.0 转基因家蚕的制备、筛选和分子检测 |
| 5.2.1 转基因蚕茧蚕丝性状调查 |
| 5.2.2 转基因蚕丝力学性能测试 |
| 5.2.3 转基因蚕丝动态热力学性能检测(DMTA) |
| 5.2.4 同步辐射傅里叶转换红外光谱检测(FTIR) |
| 5.2.5 同步辐射广角X-射线衍射检测(WAXD) |
| 5.3 讨论与结论 |
| 5.3.1 成功利用转基因技术创制新型转基因蚕丝品系 |
| 5.3.2 融合重组蛋白影响蚕丝结构性能的机理探讨 |
| 第六章 综合与结论 |
| 6.1 弯曲影响新生蚕丝结构与性能 |
| 6.2 新生蚕丝的自然弯曲角度范围在67.5°-90°度范围内 |
| 6.3 不同龄期蚕丝的结构与性能 |
| 6.4 成键活性强的亲水性小分子蛋白具有增强蚕丝力学性能的作用 |
| 论文的创新点 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 发表论文及参研课题情况 |
| 致谢 |
四、Molecular Fundaments of Mechanical Properties of Spider Silk（论文参考文献）
- [1]人造蜘蛛丝与仿蜘蛛丝纤维的研究进展[J]. 王松立,王美林,周湘,刘遵峰. 纺织学报, 2021
- [2]蓖麻油基功能聚酰胺制备及其仿生弹性体研究[D]. 宋凌志. 安徽农业大学, 2021(01)
- [3]生物改性蚕丝的外源蛛丝蛋白追踪及丝性能研究[D]. 贾雪华. 西南大学, 2021(01)
- [4]含蜘蛛丝蛋白的新型蚕丝的特色性能及其再生膜材料研究[D]. 赵兵. 西南大学, 2021(01)
- [5]丝素蛋白/纳米纤维素仿生纤维的制备、结构与性能研究[D]. 鲁丽. 东华大学, 2021(01)
- [6]蝶类与蛾类昆虫丝及丝蛋白的比较研究[D]. 诸鸿韬. 西南大学, 2020(05)
- [7]三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究[D]. 温睿. 东华大学, 2020
- [8]大腹园蛛PySp基因多样性和MaSp1可变剪接体研究[D]. 王康康. 东华大学, 2020
- [9]从天然动物丝到丝蛋白基材料的研究[J]. 杨公雯,顾恺,邵正中. 高分子学报, 2021(01)
- [10]高性能蚕丝结构解析和素材创新[D]. 彭章川. 西南大学, 2020(05)