近年来,基于分层制造原理迅速发展起来的生物三维(3D)打印技术,为组织器官再生和临床修复治疗等生物医学领域带来了新的研究思路与解决方案。3D打印技术所用的生物墨水必须具备合适的交联机制来完成所需结构体成型,而且打印材料必须具备稳定的生物相容性和合适的力学性能。目前,适用于生物3D打印技术的生物墨水已经成为制约该技术发展的一个阻碍。丝素蛋白材料由于其良好的生物相容性、可控的生物降解性、无免疫原性以及来源丰富等优点,近年来在生物3D打印领域受到了研究者的广泛关注。但由于其自然凝胶过程缓慢,3D打印成型性差,限制了其在生物3D打印领域的应用。本论文基于挤出式生物3D打印技术,开发了一种纯丝素蛋白墨水材料的制备工艺,成功实现了纯丝素蛋白水凝胶的3D打印成型。通过工艺开发和优化,实现了打印支架宏观-微观结构的有效控制,并探讨了纯丝素蛋白墨水材料对电场和温度的依赖性,提出了电场和温度对丝素蛋白凝胶过程的调控机理。同时,还研究了所打印的纯丝素蛋白支架的细胞相容性和力学性能。通过本课题的探索研究,不仅可解决挤出式生物3D打印面临的部分技术难题,同时也提出了一种开发新型丝素蛋白墨水材料的研究思路。主要研究结果如下:(1)利用丝素蛋白材料凝胶化过程对电场和温度的敏感特性,在不添加任何其它化学物质的条件下,可控制备了可用于挤出式3D打印技术的纯丝素蛋白生物墨水材料。研究结果表明,稳定的电场作用可有效控制丝素蛋白水凝胶的流变性能,而丝素蛋白电凝胶的温敏特性可有效去除凝胶内部的气泡,通过精确的电场和温度控制可有效提高纯丝素蛋白墨水材料的可打印性。(2)通过SEM观察、原子力显微镜观察、傅立叶红外和X射线衍射等分析手段,研究了纯丝素蛋白墨水材料对电场和温度的依赖性,并初步提出了电场和温度对丝素蛋白凝胶过程的调控机理。研究分析发现电场和温度的变化并不会对丝素蛋白的晶体结构和蛋白质二级结构产生显著影响,所制备的丝素蛋白水凝胶墨水主要以无规卷曲结构为主。墨水材料制备过程中电场和温度调节丝素蛋白的凝胶-溶胶状态的转变主要是由于丝素蛋白纳米微球之间弱的氢键、静电作用和疏水作用所引起的。(3)系统考察了 3D打印过程中关键打印参数打印压力、温度、填充间距和打印层数对打印支架结构和机械性质的影响,获得了丝素蛋白墨水材料最佳3D打印工艺参数,即打印喷头温度和平台温度为5℃、打印压力为0.4 MPa,填充间距为1.5 mm时所打印的纯丝素蛋白3D支架具有最佳的形状保持性,打印支架的层数可达20层。同时,压缩力学性能测试结果表明,所打印的纯丝素蛋白三维支架在干态和湿态下都具有良好的力学性能和稳定性。(4)体外细胞培养实验结果表明,所打印的纯丝素蛋白三维支架可显著促进细胞在其表面的粘附、增殖和生长,并且三维打印的丝素蛋白支架的多级多孔结构可显著促进细胞向支架内部迁移和生长。值得注意的是,不添加其它化学物质所制备的纯丝素蛋白支架对保持材料本身优异的生物相容性至关重要。