丝素蛋白因其具有良好的生物相容性和可调节的降解性能,在组织工程和可植入器件等生物材料领域已经广泛应用。在组织修复过程中,针对不同的组织再生的需要,我们需要支架材料的结构和性能进行大尺度的调控。丝素蛋白具有不同的晶型结构,晶型和结晶度的差异显著影响材料的结构特性。因此,通过结晶动力学的调控能够为丝素蛋白生物材料的结构性能控制提供有效的方法。然而,目前关于对Silk I结构的调控及其对生物材料的影响研究还远远不够。在本文中,我们提出了通过冷冻退火调控丝素蛋白结构自组装,构建具有稳定的Silk I结晶的支架材料,并对其稳定性进行系统研究。通过调控Silk I结晶动力学,制备具有结构性能可调的丝素蛋白三维多孔支架,从而为丝素蛋白生物材料的设计和结构与性能调控提供新的思路。首先,研究了冷冻退火对丝素蛋白结晶动力学的影响。将丝素蛋白溶液冷冻之后,通过低温退火处理诱导结晶结构变化。XRD测试结果表明,随着退火时间的增加,材料的结晶度增加,在退火48 h后,丝素蛋白具有典型的Silk I型结晶。同时,初始的冷冻温度和浓度对丝素蛋白的结晶也有一定的影响。DSC结果表明随着退火时间增加,材料热稳定性增加。冷冻退火诱导的Silk I结晶的作用机制可能主要涉及冷冻产生的浓度和热力学驱动的诱导的丝素蛋白组装。在冷冻过程中,丝素蛋白溶液浓缩、链发生折叠。在升温退火过程中,丝素蛋白大分子获得足够的能量,发生分子链的运动,从而向体系更加稳定的Silk I结构转变,但其低温下的能量不足以诱导Silk II结构形成。进一步研究发现,通过改变退火时间,可以实现Silk I结晶度的大范围调控。在退火时间从12 h延长到48 h时,结晶度从17.6%提高到了38.0%。溶失率测试表明,尽管在短的退火时间内得到的低结晶度的支架材料,但仍能够保持良好的水稳定性。其次,研究了冷冻退火制备的Silk Ⅰ型多孔支架的稳定性,将材料经过75%乙醇处理、干热处理、紫外处理、高温高压处理和水蒸汽退火等外源性处理,研究其结晶结构、力学性能和降解行为的变化。XRD结果表明,经不同处理后,材料的Silk I结晶峰位置均未发生明显变化,表明其晶型具有良好的稳定性。DSC结果表明,经不同处理后,材料热稳定性未发生明显变化,其玻璃化转变温度和分解温度略微增加,这可能是其结晶度增加所致。压缩测试结果表明,除紫外处理外,经外源性处理后的材料力学性能均有所增强,其中经75%乙醇处理的最为明显。由降解实验表明,材料经75%乙醇和高温高压这两种常见的灭菌方法处理后,降解速率均变慢了。结果说明,在不同的后处理之后,材料都能够维持稳定的Silk I晶型,但可能会造成结晶度不同程度的变化,从而对材料的力学性能和降解速率有一定的影响。最后,通过冷冻退火处理制备了SilkⅠ结晶的丝素蛋白多孔支架并对其孔结构、力学性能、降解行为的调控和材料的细胞相容性进行了系统研究。SEM观察和孔结构分析表明,初始冻结温度和溶液浓度的改变可以控制多孔支架的孔隙结构。初始冷冻温度越低、溶液浓度越高,支架的孔径越小,孔隙率越低。压缩测试结果表明,通过改变冻结浓度和材料的退火时间可以调控支架的孔结构和结晶度,从而调控材料的力学性能。随着溶液浓度的增加和退火时间的增加,支架的力学性能增强。体外降解实验表明,通过控制退火时间可以有效地调节材料的降解行为。随着退火时间的增加,结晶度增加,支架的降解速率变慢。细胞实验表明,冷冻退火的SilkⅠ型支架,具有良好的生物相容性,能够支持脐静脉血管内皮细胞的生长。同时,经75%乙醇灭菌处理的材料细胞活性要小于经高温高压灭菌处理的材料,这可能与其不同后处理造成的材料的刚度有关。通过本文的研究,建立了一种绿色高效、简单可控的方法对丝素蛋白聚集态结构进行有效调控,从而实现了丝素蛋白支架力学性能和降解速率的调节,以满足不同生物应用。同时,本文的研究证实了,冷冻退火诱导的Silk I型丝素蛋白支架具有良好的稳定性,从而为其生物应用提供了重要的理论基础。