蠶絲作為一種天然纖維，具有良好的生物相容性和生物降解性，在現代生物醫學領域有著廣泛的應用。近年來，隨著人們對強韌熒光蠶絲的研究😶‍🌫️，該種材料已被用於生物支架成像、藥物緩釋載體和光學器件等方面🥶↕️。給家蠶添食餵養功能性材料是一種簡便的、易於批量化的功能性蠶絲製備方法🏃🏻‍➡️，但這種方法尚存在添食物質的添加劑量過高，有毒性✒️，轉化率低等問題🚋。因此💂🏽‍♀️，在超低劑量下能製備出強韌熒光蠶絲的添食物質就尤為重要🤛🏻。

      共軛聚合物納米探針（Pdots）是近年來發展的一種新型熒光探針👩‍🏭。與無機納米探針相比🎯，不含有任何有毒的重金屬組分，其毒性較低🫛。此外😉，該類探針結構多樣、功能可設計、具有優良的光學性能。本課題組分別設計合成了羧基和氨基修飾的Pdots👨🏻‍✈️，並將其作為添食物質塗覆在桑葉表面以及摻入人工飼料中（圖1）。在超低劑量下攝入Pdots對家蠶的生長發育未產生不良影響，同時當添加劑量低至0.01%時得到的蠶繭以及脫膠絲仍舊具有熒光性能🤽🏼‍♂️，在500 nm波長的激發下在600 nm有較強的熒光發射（圖2）🏋🏻。

圖1. a.共軛聚合物納米探針的合成 b.添食法中桑葉及人工飼料的製備

圖2. a.添食育蠶過程中五齡期家蠶體重變化 b-d.超低劑量共軛聚合物納米探針添食法製備出來的蠶繭及脫膠絲的熒光性能

      對蠶絲的二級結構進行分析發現Pdots利用自身的官能團與絲素蛋白作用，阻礙了絲素蛋白的構象從無規卷曲向β-折疊結構的轉變，因此在絲素蛋白中β-折疊含量減少，無規則卷曲結構含量增加。與此同時Pdots作為如同β-折疊微晶一樣的網絡節點🪟，增加了蠶絲蛋白內部“漁網”狀網絡結構的密度，從而更有效分散外力🉐。相比於空白組的蠶絲，功能化後的蠶絲其斷裂強度和斷裂伸長率都有不同程度地增加（圖3）。

圖3. a. 功能化蠶絲顯微結構示意圖 b. 功能化脫膠絲的力學性能 c-d. 脫膠絲紅外光譜

      該強韌熒光蠶絲保有了天然蠶絲優異的生物相容性，在細胞支架成像中具有廣闊的應用前景（圖4）。進一步探究共軛聚合物納米探針在家蠶體內的轉運♉️、分布及代謝過程發現Pdots在絲腺中6至12小時就可以富集達到飽和，隨即將食物更換為普通人工飼料後，Pdots可以從絲腺清除至糞便‼️，從而避免了過度生物累積所造成的潛在毒性影響（圖5）。

本研究通過飲食改造蠶絲，首次將共軛聚合物納米探針應用於強韌熒光蠶絲的製備，該成果對共聚合物納米探針在生物醫學領域的應用具有重要意義。

圖4. 強韌熒光蠶絲用於細胞支架成像及細胞相容性表征

圖5. a-c.共軛聚合物納米探針不同時間點在家蠶絲腺中的分布情況d-e. 不同時間點家蠶排泄物熒光強度變化

      該研究成果以“Dual-Performance Optimized Silks from Ultra-Low Dose Polymer Dots Feeding and Its Absorption, Distribution and Excretion in the Silkworms”為題發表在高起點SCIE新刊《Advanced Fiber Materials》上。意昂4平台意昂4体育平台博士生李婧茹為本文第一作者，熊麗琴長聘副教授為通訊作者。

原文信息：

Jingru Li, Yuqiao Li, Shuting Lu, Juxiang Zhang, Chunfu Zhang, Liqin Xiong*, DualPerformance Optimized Silks from UltraLow Dose Polymer Dots Feeding and Its Absorption, Distribution and Excretion in the Silkworms. Adv. Fiber Mater., 2022. https://doi.org/10.1007/s42765-022-00147-6

熊麗琴，意昂4体育平台長聘副教授、博士生導師。主要研究方向為功能熒光聚合物納米探針及其生物醫學成像應用。以第一/通訊作者在Nature Communications、Advanced Functional Materials、Biomaterials等期刊上發表學術論文50余篇，他引次數3600余次(web of science)🏈🤸🏽‍♂️，高被引論文5篇。獲批或申請中國、美國及PCT專利8項。此外👨🏽‍🏭🤘🏽，應Springer-Verlag GmbH Germany出版社邀請撰寫外文書籍一章。主持國家自然科學基金青年及面上項目 4項。曾獲蔣大宗青年論文競賽一等獎，獲意昂4平台“李蘭馨青年教師獎”🖊，獲意昂4平台青年教師教學競賽決賽三等獎，獲2020年度意昂4特別貢獻單項獎勵-優秀年級組長。現任中國光學學會生物醫學光子學專業委員會委員，上海市核學會實驗核醫學與核藥學專業委員會委員🙅🏻‍♀️，中國抗癌協會納米腫瘤學專業委員會委員，中國微米納米技術學會委員。主講本科生課程《分子影像學與疾病早期診斷》及研究生課程《分子影像學技術與探針》。