作为天然的蛋白纤维,羊毛和蚕丝各自具有独特的力学性质和良好的生物相容性,同时在骨材料科学中已有初步探索和研究。羊毛大分子中的二硫键维持着三维网络结构的稳定,是决定其理化性质的关键因素;拉伸过程中α螺旋结构向β折叠构象的转变赋予羊毛纤维具备应变强化的能力。丝素蛋白纤维中的甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸构成其重链中高度重复序列单元,呈现反平行β折叠构象,并在氢键作用下规整排列为β结晶结构。故本文以羊毛角蛋白和丝素蛋白这两种天然生物材料作为研究对象,通过对两者的复合溶液以及成膜以后微观结构的研究,从而达到调控材料力学和降解性等宏观性能的目的,明确成膜结构与性质的关系并建立对应的成膜方法与条件,为生物领域膜材料的选用增加可能性。本论文首先采用溶液浇铸法制备具有致密结构的羊毛角蛋白薄膜,且以生物相容的羟基磷灰石HA颗粒对其宏观性能进行增强。随着HA含量的增加,复合膜的厚度均匀性、结晶度、耐水、耐热的性能和机械性能均有所改善;HA的引入不会改变角蛋白的构象,且HA含量为5wt%时,复合膜的力学性能最优。然而,HA作为一种高结晶度、高强度模量、极小断裂应变的晶体,与角蛋白基体的模量相差很大,这种本质差距表现在HA含量过高的条件下,复合膜受力后在基体与HA分离的界面产生较大的剪切应力,更快地出现裂纹;同时,HA颗粒的团聚使增强体HA和角蛋白基体之间缺乏良好的界面作用,基体承受的载荷无法均匀地传递给增强体,反而弱化了HA的作用。此外,HA增强的复合膜还易呈现屈服前呈刚性、屈服后全塑性的无弹力特征,在临床操作中的应用受限,为改变这种缺陷,本论文试图探索以同质体即氨基酸组成相似的、强度较高的蛋白质进行增强。为做出更多更优的选择,本文还制备了一系列结构致密的羊毛角蛋白/丝素蛋白薄膜,并与羟基磷灰石颗粒增强的羊毛角蛋白膜进行对比,证实复合蛋白膜的成形性和柔韧性均远远高于无机颗粒与蛋白的结合体,它们之间不存在界面缺陷,而且两种蛋白结构之间的协同作用进一步改善并调控着材料的宏观性能,以得到适用于临床应用的生物膜材料。同时,本论文从二级结构、结晶结构和分子网络结构的状态对各复合膜进行对比与分析,讨论了结构之间的差异与最终宏观表现间的相互关系;证实了β结晶度的提高可促成复合膜的高强高模,而α螺旋结构的存在能使复合膜还具有类羊毛拉伸弹性的弹性回复性,这为实现复合膜结构与性能的可控与可调奠定了理论和实用基础。由于溶解羊毛的复杂性,本论文利用不同量的还原剂而得到理化性质略有差异的羊毛角蛋白溶液。实验证明采用过量还原剂提取的羊毛角蛋白与丝素蛋白混合,可促进丝素蛋白溶液-凝胶的转变过程,即在极短的时间内获得复合水凝胶,此时复合体系中存在大量β微晶和分子网络结构,是稳定凝胶网络结构成形的本质。其原理是:还原剂过量所得的角蛋白不仅分子量小且携带更多的巯基,从而加速丝素蛋白的大分子链在氢键及疏水作用下相互结合,促进氨基酸序列中的重复单元形成β折叠结构,并在氢键作用下堆叠成规整的β微晶;同时由非晶大分子链连接而形成网络。其中,每一个β微晶的形成可被视为网络中的成核位点。由此,复合体中的角蛋白越多,可形成空间网络的位点则越多。此外,通过调节角蛋白K2与SF间的比例可改变体系中网络结构的成核位点密度,从而对所得水凝胶及其冻干后的产物的性能进行调控。本论文对结构稳定且可调控的角蛋白/丝素蛋白水凝胶通过低温冷冻、真空干燥的方式制备多孔薄膜,这种多孔结构(50-200μm)便于细胞的吸附并促进组织的生长。孔径与微孔的分布特征以及聚集态结构均随两种蛋白的比例调整而改变,从而还可对多孔膜的强力和降解等宏观性能进行调控。此外,考虑到GTR生物膜临床操作中的结构需要,本论文还根据致密膜与多孔膜的最优选择制备了兼具致密与多孔结构的复合双层膜,从形貌、结构和力学性能等方面进行综合表征,为角蛋白/丝素蛋白复合膜能作为新型生物膜材料的应用提供理论依据。