生物材料是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的新型材料,其本身不是药物,通过与生物系统直接结合和相互作用发挥作用。生物材料主要应用医学、生物学、材料科学等学科原理针对性的用于解决某种因疾病或损伤造成的功能缺陷,其作用是药物不能替代的。随着现代医疗水平的蓬勃发展以及生产方式的进步,人类社会对生物材料的需求与日俱增,并且对其要求也越来越高,这也促使生物材料的发展向着更加绿色、环保、高效的方向发展。生物材料涵盖领域宽,涉及学科广,根据不同标准可以分为多种类型。天然高分子材料以其显著的可再生性、良好的相容性以及可降解性深受青睐。以天然高分子为基础的生物材料的开发,探索其应用于组织工程与再生医学领域的可能性,为生物材料产品的开发和利用,具有重要的科学意义和现实意义。丝胶蛋白（Silk sericin,SS）作为一种天然高分子,具有良好的亲水性、可降解性、抗氧化性以及生物相容性,是开发蛋白质生物材料的理想资源。长期以来,丝胶一直作为蚕丝脱胶过程的废弃物,迄今为止,国内外科研工作者已经进行了广泛的尝试来改性丝胶,包括将丝胶蛋白与天然纤维、大分子和纳米材料进行交联、共混或复合以提升丝胶的力学性能,然而其作为生物材料的应用才刚刚起步;纤维素作为自然界中含量最丰富的的天然高分子,是地球上储量较为丰富的多糖原料之一。纤维素具有良好的生物相容性、可降解性、无毒无害等优点。羧甲基纤维素是纤维素的衍生物,可溶于水,具有良好的分散、乳化、粘合、增稠等特点,已被广泛应用于食品、涂料、造纸、医药、纺织等领域。在传统的概念中,学者们强调DNA是遗传信息的载体,但将DNA作为可组装的功能性材料已悄然兴起。与其他大分子相比,DNA拥有多种独特的优势,稳定性、可寻址性、程序性,使得DNA作为可控组装基元推开了功能性材料的大门。本研究发展了基于丝胶、羧甲基纤维素和DNA的生物自组装材料,并取得了如下研究成果:1.基于共价交联的纤维素增塑丝胶复合薄膜的制备及应用研究通过高碘酸选择性的打开葡萄糖吡喃环C₂、C₃位的单键并将两个碳原子上的羟基氧化为醛基,制备了醛基含量36.52%±0.63%的双醛羧甲基纤维素。双醛羧甲基纤维素具有良好的反应活性,可以与丝胶蛋白中的氨基发生席夫碱反应偶联。通过溶液浇铸延流法,我们制备得到了双醛羧甲基纤维素增塑丝胶蛋白复合膜。对复合膜的交联度、力学性能、亲水性进行评估,结果表明复合膜的交联度会随加入双醛羧甲基纤维素含量的增加而提高;加入占比为12%的双醛羧甲基纤维素时,复合膜呈综合最优力学性能,适度的亲水性,保水能力强。通过对复合膜截面的扫描电镜观察发现,加入的双醛羧甲基纤维素颗粒分散于丝胶蛋白中。随着双醛羧甲基纤维素含量的增加,颗粒密度增大。血液相容性实验结果显示丝胶蛋白具有良好的血液相容性,双醛羧甲基纤维素的加入进一步提高了丝胶复合膜的血液相容性。细胞相容性实验表明在不同处理时间,与对照组相比,丝胶复合膜上的细胞可以正常增殖,具有良好的细胞相容性。2.基于金属有机框架的纤维素生物传感器的制备及其应用研究通过正交实验利用羧甲基纤维素中质子化的羟基将溶液中的银离子还原为纳米银,得到羧甲基纤维素框架的纳米银溶胶。作为还原剂,增加羧甲基纤维素的用量促进了纳米银的合成。增加pH使得羧甲基纤维素去离子化,提高了羧甲基纤维素螯合纳米银的能力,同样促进了纳米银的合成。温度的提高增加了反应活化能,提高了反应平衡常数,加快反应速度,促进了纳米银的合成。增加硝酸银用量也会促进纳米银合成。利用巯基与纳米银发生螯合反应,二者相互作用导致纳米银在可见光区的吸收发生改变。由于等离子共振效应,羧甲基纤维素使得硝酸银-半胱氨酸溶液颜色发生改变,从而达到选择性检测半胱氨酸的目的。3.动态DNA水凝胶的制备及潜在应用研究自主设计HG-1A、HG-2A、A8、2Ac四条DNA单链,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳调节HG-1A与HG-2A比例,使其以2:1的摩尔比完成自组装。圆二色光谱实验分析证明,当缓冲液pH从8.0改变至5.0时,DNA链的摩尔椭圆度降低,波峰右移,表明pH 5.0时,HG-2A链发生C-C⁺配对,电子云叠加,形成了i-motif结构。流变实验表明,所制备的DNA凝胶具有较好的力学性能,并具有良好的pH响应性,其力学性能随pH的改变而改变。向体系中加入A8链后,HG-1A链中-TTTTTTTT-结构经互补配对形成双螺旋结构,增大了体系的力学性能。加入2Ac链后,HG-2A中部分碱基与2Ac碱基互补配对,使i-motif结构域失去对pH的响应能力,证明DNA凝胶的pH响应单元为i-motif区域。