蚕丝作为一种天然高分子材料，其主要成分是丝素蛋白。丝素蛋白基气凝胶材料因其优异的生物相容性、结构可调节性和易加工性能，在热管理领域得到了广泛研究与应用。然而，传统制备过程中普遍使用沸腾的碳酸钠溶液对生丝进行预处理，导致肽链断裂、蛋白分子降解，进而影响丝素蛋白气凝胶的骨架结构和力学性能。

针对这些问题，本研究探索了使用去离子水热处理替代传统碱溶液热处理的方法，以期保留丝素蛋白的多级纤维结构，增强气凝胶材料的力学性能。文章基于西南大学鲁志松教授团队研究成果及国家自然科学基金项目、四川省重点研发计划区域创新合作项目支持。

传统的隔热材料如玻璃纤维、石棉、硅酸盐等，在食品、化工、服装等领域有广泛应用，但存在环境污染和机械性能不足等问题。气凝胶作为一种新兴材料，因其质轻、低密度、高孔隙率等优点，在隔热领域备受关注。有机气凝胶如聚氨酯类在高温下易释放有毒气体，无机气凝胶如二氧化硅机械性能较弱。

天然聚合物基气凝胶因其优异的可降解性和环境友好性，近年来成为研究热点。特别是丝素蛋白基气凝胶，因其独特的生物相容性和结构可调节性，在热管理领域展现出巨大潜力。然而，传统制备工艺破坏了丝素蛋白纤维的多层级结构，导致材料力学性能下降，限制了其应用范围。

（1）温和热处理工艺

本研究采用去离子水热处理替代传统碱溶液热处理，减少了肽链断裂和蛋白分子降解，保留了丝素蛋白的多级纤维结构。通过控制热处理时间，可以有效调控丝素蛋白纤维的剥离程度和分子量分布，为后续制备高性能气凝胶提供了基础。

（2）室温溶解技术

将溴化锂溶液的加热溶解步骤改为常温溶解，进一步减少了高温对丝素蛋白结构的破坏，保留了更多的天然大分子链，有助于提高气凝胶的机械性能。

（3）多尺度结构设计

通过调控去离子水热处理时间，实现了气凝胶内部片层与纤维组分的比例调控，构建了类“钢筋-混凝土”结构的多尺度纤维穿插网络。这种结构不仅增强了气凝胶的机械性能，还显著提高了其隔热保温性能。

（4）性能优化与应用拓展

研究结果表明，去离子水热处理制备的丝素蛋白气凝胶在压缩应力和弹性形变区的压缩模量均高于传统碳酸钠溶液热处理组，隔热性能也显著提升。这一成果为丝素蛋白气凝胶在更多应用场景下的使用提供了可能。

图1 去离子水热处理对生丝的(a) 形貌、(b) 红外光谱图、(c) 蛋白质二级结构含量及(d) 热处理溶液蛋白含量的影响。

Fig.1 Effects of deionized-water-based heat treatment on the (a) morphology, (b) FT-IR spectrum, (c) secondary structure content of protein, and (d) protein content in the heat-treated solution of raw silk

图2 去离子水热处理对LiBr溶解过程的影响: (a) 各组生丝溶于LiBr溶液透析前后数码照片（上为溶解后，下为透析后）；(b) 各组丝素蛋白溶液显微图片；(c) 各组丝素蛋白溶液紫外吸收光谱图（插图：各组丝素蛋白溶液紫外吸收峰值分布）；(d) LiBr溶解步骤中未溶解成分含量百分率；(e) DI water-0.5 h组LiBr溶解不同时间丝素蛋白纤维FESEM图；(f) 不同溶解时间下丝素蛋白纤维直径。

Fig.2 Effects of deionized-water-based heat treatment on the lithium bromide dissolution: (a) digital photographs of each group of raw silk before and after dialysis in lithium bromide solution (top: after dissolution, bottom: after dialysis); (b) microscopic images of silk fibroin solutions; (c) UV-Vis spectra of silk fibroin solutions (inset: UV absorption peak distribution of silk fibroin solutions); (d) percentage of undissolved components during the LiBr dissolution; (e) SEM images of silk fibroin fibers from the deionized water-0.5 h group at different dissolution times; (f) fiber diameter of silk fibroin at different dissolution time

图3 去离子水热处理对溴化锂溶解产物的影响：(a) 各组丝素蛋白溶液SDS-PAGE图；(b) 各组丝素蛋白溶液静置0、3、10天的数码照片；(c) 丝素蛋白膜的制备流程；(d) 丝素蛋白薄膜数码照片；(e) 去离子水热处理不同时长条件下所制备的丝素蛋白膜截面FESEM图

Fig.3 Effects of deionized-water-based heat treatment on the products after lithium bromide dissolution: (a) SDS-PAGE images of silk fibroin solutions; (b) digital photographs of silk fibroin solutions after standing for 0, 3, and 10 days; (c) preparation process of silk fibroin film; (d) digital photograph of silk fibroin films; (e) SEM images of cross-sectional views of silk fibroin films prepared under different heat treatment

图4 热处理时间对再生丝素气凝胶结构的影响：(a) 丝素蛋白气凝胶制备流程图；(b) 不同热处理条件下丝素蛋白气凝胶红外光谱图；(c) 分峰后二级结构含量分布；(d) 不同热处理条件下丝素蛋白气凝胶FESEM图

Fig.4 Effects of heat treatment time on the structure of regenerated silk fibroin aerogels: (a) preparation flowchart of silk fibroin aerogels; (b) FT-IR spectra of silk fibroin aerogels under different heat treatments; (c) distribution of secondary structure content; (d) FE-SEM images of silk fibroin aerogels under different heat treatments

图5 去离子水热处理对丝素蛋白气凝胶性能的影响：(a) 丝素蛋白气凝胶（去离子水热处理0 h）数码照片；(b) 去离子水热处理不同时长的丝素蛋白气凝胶应力-应变曲线；(c) 应变为80%时最大压缩应力；(d) 丝素蛋白气凝胶压缩模量图；(e) 50 ℃加热台上丝素蛋白气凝胶隔热保温测试

Fig.5 Effects of deionized-water-based heat treatment on the properties of silk fibroin aerogels: (a) digital photograph of silk fibroin aerogels after 0 h of deionized-water-based heat treatment; (b) stress-strain curves of silk fibroin aerogels treated with deionized water for different durations; (c) maximum compressive stress at 80% strain; (d) compressive modulus chart of silk fibroin aerogels; (e) thermal insulation test of silk fibroin aerogels on a 50 °C platform

本研究通过去离子水热处理工艺制备了结构和性能可调的再生丝素蛋白气凝胶。实验结果表明，延长生丝去离子水热处理时间可有效去除残留的丝胶蛋白，使微米尺度丝素蛋白纤维分散并剥离出纳米尺度纤维。经溴化锂溶液室温处理后，丝素蛋白大分子被部分溶解，纤维直径变细，纳米尺度纤维增多。冷冻干燥后获得的气凝胶材料，其组成与热处理时间密切相关，热处理时间越长，片层状结构越多，多尺度纤维结构越少，进而影响气凝胶的机械强度和隔热性能。本研究为制备高性能天然聚合物基气凝胶提供了新的思路和方法，展示了去离子水热处理工艺在丝素蛋白气凝胶制备中的巨大潜力。

文章发表于《功能材料》2026年第57卷第4期，欢迎引用本文：    

廖小侃,巨俊,王娟,等.基于去离子水热处理工艺的丝素蛋白气凝胶制备及其结构与性能研究[J].功能材料,2026,57(4):196-205.

LIAO X K, JU J, WANG J,et al.Silkfibroin aerogel via deionized water-based thermal treatment: structural and performance analysis[J].Journal of functional materials,2026,57(4):196-205.

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