心脏、血管、神经、肌肉、骨等作为人体重要的组织器官,对人体生命活动起着重要作用,意外创伤、疾病等原因导致的组织缺损和器官病变严重威胁人体健康,器官移植是目前最为有效的治疗方法,但存在供体严重缺乏的问题。因此,寻找更为有效的方法进行组织修复一直是再生医学领域的研究热点。综合性能优异的支架材料是提高组织修复效果的关键,丝蛋白(SF)由于具有良好的生物相容性、可降解性、可加工性及优良的机械性能,在组织工程领域获得了广泛的关注,特别是具有类细胞外基质纳米纤维结构的丝蛋白水凝胶正成为组织修复材料新的研究方向。溴化锂溶丝法是制备丝蛋白溶液的常用方法,然而所制备丝蛋白存在复杂的构象组成和纳米结构,难以精确控制。本研究通过溶剂体系的设计,调控溶液中最终丝蛋白的纳米结构,获得非晶态丝蛋白纳米短纤维溶液,为丝蛋白纳米纤维水凝胶的制备提供可靠基元。在此基础上,利用PEG浓缩的方法来提高丝蛋白纳米短纤维的浓度,以满足制备力学性能可控的丝蛋白凝胶的需要。用过氧化氢酶交联的方法最终获得力学性能可调的水凝胶支架材料。通过改变丝蛋白纳米短纤维、HRP、H2O2三者在溶液中的浓度,研究了水凝胶支架材料凝胶时间、二级结构、纳米结构、力学性能的变化情况。实验结果表明经PEG浓缩处理后溶液的二级结构并没有发生显著改变,HRP交联后丝蛋白的二级结构仍然为以无规线团为主的亚稳态结构。通过改变丝蛋白纳米短纤维、HRP和H2O2三者的比例,能够实现水凝胶的力学性能在600Pa-20kPa范围内的可控设计,满足不同组织修复的力学要求。因此通过丝蛋白结构的控制,利用HRP酶交联的方法,我们获得了力学性能可控范围更广,且含有纳米纤维结构的丝蛋白水凝胶材料。另一方面,考虑到课题组所制备高结晶丝蛋白纳米线负电荷大,可在电场下形成取向结构的特点,将高结晶丝蛋白纳米线和非晶态丝蛋白纳米短纤维以不同比例混合,在电场作用下进行HRP交联,制备内部具有纳米纤维取向结构的水凝胶,实现力学性能的进一步提高。结果表明,通过HRP交联和电场的共同作用,混合溶液中高结晶丝蛋白纳米线在向电源正极发生定向移动的同时非晶态丝蛋白纳米短纤维发生交联反应,形成一种具有不同力学性能的复合凝胶材料,丝蛋白纳米线与纳米短纤维溶液的混合比例和电场作用时间的改变能实现靠近电源正极复合电凝胶的力学性能在100 kPa-500kPa范围内变化,靠近电源负极复合电凝胶的力学性能在50kPa-200kPa范围内变化。综上所述,本研究通过HRP酶交联和电场的作用成功制备出具有不同纳米结构和不同力学性能的水凝胶,以此为基础通过改变丝蛋白、HRP和H2O2的浓度,混合溶液的比例,电场作用时间等实现了丝蛋白水凝胶力学性能的可调控性和结构的多级有序性。本研究为丝蛋白功能性水凝胶支架材料在组织修复中的应用奠定了一定的材料基础。